WE大会最年轻的中国科学家!海洋万米深处养机器鱼?

今天,军武菌在线上观看了一年一度的腾讯WE科技大会,今年的主题是“洞天”,大意就是用科学探索未知,因此邀请来了2020年诺贝尔物理学奖获得者及多位国际权威专家,现场给我们讲述不同领域的最新突破和进展。

在现场的,最吸引我的当属6位大咖中最年轻的李铁风教授,作为浙江大学航空航天学院教授、博士生导师,他居然是一位85后的年轻科学家。而且在研究的领域和讲述的故事也很有意思: 那就是设计能下潜一万米的深海潜水器! 有人说,造个潜水艇还不简单吗?其实一点也不简单,美军的海狼级潜艇最深只能潜600米,世界军用潜艇最深下潜记录是苏联685型潜艇的1027米。但地球上海洋最深处为11034米,区区一千米才算哪跟哪?

▲世界下潜深度最大的核潜艇也就1000多米

我们都知道南极、北极、第三极(青藏高原)、第四极(马里亚纳海沟)被称为地球四极。南极北极点和珠穆朗玛峰相继在100年前被人类征服,并且实现了常态化探险活动。而第四极马里亚纳海沟,则直到1960年才第一次有人乘坐潜水器下潜到10961米的海底。至今六七十年过去了,真正下潜到海底一万米的人和机器仍然寥寥无几。

▲中国首台突破一万米下潜深度的潜水器

2016年,中国研制的“海斗”号成为我国首台下潜到10767米的潜水器。成为全世界继日、美两国后第三个拥有万米级无人潜水器能力的国家! 人类制造的机器,能把人送上月球、登陆火星、甚至已经即将飞出太阳系。为什么一万米的海底却难以征服?

▲重约825公斤的旅行者1号已经飞出太阳系了

我们都知道,海底越深水压越大,马里亚纳海沟深处在一万米以上,物体如果在这个海底位置,将会承受约1000倍的海平面大气压。什么概念呢?这相当于2000头非洲象踩在一个人背上。如果人在毫无防护的情况下出现在海底一万米,会瞬间被水压成肉饼。 克服海底压力的传统方式是用硬质金属材料造一个壳子,这个硬壳能抗住多大压力,就能下潜到多深的海底。前面说到,传统的军用潜艇一般下潜深度大概在几百米。685型核潜艇的耐压艇体使用48-T钛合金材料制成,勉强下潜到一千多米。 那直接造一个结实的金属球扔海里不就行了?就跟造火箭和造窜天猴一样,说起来简单实际操作上很难,能造出潜水器下潜到海底一万米的国家只有美、中、日等几个国家。 例如前几年中国研制“奋斗者”号万米载人潜水器时,传统深海潜水器上使用的Ti64材料无法承受如此深度的水压,经过一段时间研发后,研制出新型钛合金Ti62A材料,同时还要克服钛合金加工困难,其制作水平完全不亚于建造航空火箭发射舱,一般人还真玩不转。

▲“奋斗者”号载人潜水器下潜海底到10909米

除了这种“面多了加水、水多了加面”的传统方式,难道就没有其他办法了吗? 机缘巧合,2014年在探测马里亚纳海沟的过程中,人们首次发现黑暗寂静的海底深处生活着一种深海狮子鱼,它大约只有一张A4纸那么大,却可以承受8700多米深海的超强压强。 狮子鱼并没有坚固的耐压壳,为什么却可以在深海活着?

科学家研究发现,深海狮子鱼不同于其他生物,它的骨骼细碎状地分布在凝胶状柔软的身体中,连头骨都不是完整的一块,这有助于其在高压力环境下的生存与活动,能够帮助承受近百兆帕的高压。

而且,狮子鱼的皮肤组织仅仅为一层非常薄的层膜,它能使鱼体内的生理组织充满水分,时刻保持体内外压力的平衡,这就是它的抗高压秘诀! 这一点让李铁风和研究人员灵光一现,有一一个全新思路:过去,我们的深海探测器寄希望于强硬的金属外壳来抵挡高压,但却从未想过,可以用一种软性材料来达到“以柔克刚”的效果。“造一个像深海狮子鱼那样的机器鱼,能行吗?

在深海里如果除去耐压壳,电池和芯片很难承受压力,但是把电子器件的各个部件按照合理的方式把像狮子鱼的骨骼一样分散或者分层,然后融入到调制好的软胶质中,水压造成的影响就不会那么大了。

2019年这条软体机器鱼被研制出来,并成功下潜到马里亚纳海沟的10900米的海底,在电池驱动下,拍动翅膀游了45分钟。成功实现了电驱动软体机器鱼的深海驱动!这是一项全新的突破!

这是人类首次在没有耐压外壳的情况下将一个软体机器人下潜到马里亚纳海沟进行驱动。 2021年3月4日,这条仿生软体机器鱼成功登上世界顶级学术期刊《自然》封面!那一天,李铁风才34岁。

有人问,花费那么大的精力,研究下潜一万米的机器人有什么用? 李铁风是浙大航天航空学院教授,研制深海潜水鱼探索深海自然是为了未来探索深空、探索星辰大海。他在直播中说出自己的未来畅想: 木星有一颗卫星叫木卫二,这颗卫星的表面是冰层,下面是大量的液态水。这是太阳系中,这是一个十分有可能适宜生命生存的海洋环境。但是想要去探索它也是非常巨大的挑战。

其中一个难题就是它的海水很深,深达80公里,是马里亚纳海沟的8倍!好在木卫二的重力只有地球的八分之一,也就说它的海底压力和马里亚纳海沟差不多。这就意味着,李铁风他们设计的这种不怕压力的小型软体机器人,相比于传统的金属抗压机器人,能够在将来的星空探索中发挥更大作用。 李铁风代表的是中国新一代的科研中坚力量。如今的中国已经成为世界第二大经济体,发射空间站、探月球登火星正在一步步实现,火箭发射指挥间里一张张年轻的面孔,代表着这个国家充满活力的未来。

▲李铁风教授(正中)与该研究的主要作者李国瑞、陈祥平、周方浩、梁艺鸣,他们都是年轻的面孔 少年强则国强,少年智则国智! 如何激发更多人对科学的好奇心,让科学成为更多年轻人的梦想,是当下中国的重要任务。

除了自上而下的政策宣导之外,互联网企业也在发挥着自己的作用。

“腾讯科学WE大会”始于2013年。每年他们都会邀请全球顶尖科学家,分享最值得关注的科学突破和前沿思想。WE走到第九年,从清一水的国外面孔,到越来越多中国科学家,以及像李铁风一样越来越年轻的中国科学家登上大会舞台,WE的举办史也见证了中国科技高速发展的10年。

今天线上直播的这场大会,从黑洞奇点、意念打字、10分钟充好电动汽车到万米深海软体机器人,都是科学领域的最前沿突破。

为了让更多人更容易看懂科学家的演讲,今年WE大会升级了直播体验,由微信视频号首次VR全景直播WE大会,实现了裸眼360°全景视觉特效。 希望新一代的年轻人在这个科技大会中触发灵感,也希望未来,有更多像李铁风这样的年轻科学家代表中国站在世界科技前沿的舞台上。

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