直播：2021騰訊科學WE大會：跟“天字號”科學家一起洞察天機　　

　　位于西太平洋的馬里亞納海溝，被稱為“地球第四極”。

　　這里的最深處可達11千米，是世界目前已知的海洋最深處。如果把珠穆朗瑪峰倒置在這里，將會完全被海水吞沒。水壓高、溫度低、完全的黑暗，使馬里亞納海溝成為世界上最神秘，也是最難探索的地方。從1875年被發現開始，人類便從未停止了解它。

　　恐怖深海

　　馬里亞納海溝的自然環境，可以用恐怖形容。

　　根據壓強計算公式，馬里亞納海溝1.1萬米深度處的水壓大約是1.1億帕的壓力，而我們所生活的環境中大氣的壓強大約為101Kpa，也就是萬米水深壓強的千分之一。你可以想象2000頭非洲象踩在一個人的背上，亦或是一輛重型卡車壓在你指甲蓋上的感覺，那就是人類潛入萬米深海所要付出的代價。

　　此外，進入馬里亞納海溝意味著無盡的黑暗，陽光永遠無法抵達這里。加上這里的溫度幾乎一直在0度左右，人類總是難以全面探索這里。

　　2012年，好萊塢導演詹姆斯·卡梅隆曾獨自乘坐一臺名為“深海挑戰者號”的深潛器進入馬里亞納海溝，這使他成為第一位只身潛入萬米深海的人。當時，“深海挑戰者號”配備了6.4厘米厚的承壓鋼板，觀察孔則采用光學壓克力纖維，只有這樣高強度的裝備才能抵擋住深海的高壓，而這也讓“深海挑戰者號”的重量來到了12噸。如果人類總是如此全副武裝，我們不知道要什么時候才能真正了解深海。

　　那么，有沒有一種更為輕便的深海探索方式呢？

　　一條了不起的魚

　　生物對環境的適應，是一種復雜的機制，這對于人類的深海探險之旅有著莫大的啟示。深海生物，一般會在體內細胞中生成了一些特殊的有機小分子（如氧化三甲胺），使其與水分子緊密結合，以便蛋白質具有更大的空間，并阻止水分子進入蛋白質內部，來保證自己能夠承受如此巨大的壓力而不會被壓成薄片。

　　在馬里亞納海溝深處，生活著一種深海獅子魚。它大約只有一張A4紙那么大，卻可以承受深海的超強壓強，并在寒冷無光的深海中悠閑生活。科學家研究發現，深海獅子魚的骨骼細碎狀地分布在凝膠狀柔軟的身體中，有助于其在高壓力環境下的生存與活動，能夠幫助其承受近百兆帕的高壓。而且，獅子魚的皮膚組織僅僅為一層非常薄的層膜，它能使魚體內的生理組織充滿水分，時刻保持體內外壓力的平衡，這就是它的抗高壓秘訣[5]。

　　對深海獅子魚的研究，為深海探測提供了一個全新思路。過去，我們的深海探測器寄希望于強硬的金屬外殼來抵擋高壓，但卻從未想過，可以用一種軟性材料來達到“以柔克剛”的效果。“造一個像深海獅子魚那樣的機器魚，能行嗎？”這個議題來到了浙江大學的李鐵風團隊的案頭。

　　“仿生魚”潛入萬米深海

　　李鐵風，浙江大學航空航天學院教授，博士生導師。在項目之初，李鐵風及其團隊就有了很清晰的思路：采用“以柔克剛”的策略，模仿在在馬里亞納海溝捕獲的深海獅子魚樣本，來實現無需耐壓外殼，便可潛入萬米深海的仿生軟體機器人，將深海的“獅子魚之力”化作“機器魚之力”，以此遨游大海。

　　2021年3月4日，頂級學術期刊《自然》（Nature）以封面文章的形式刊發了由浙江大學李鐵風團隊、中國科學院深海科學與工程研究所等聯合完成的研究工作——仿生軟體機器魚。

　　在2019年12月，這條機器魚成功在馬里亞納海溝坐底，隨深海著陸器下潛到約10900米的海底后，在電池驅動下，按照預定指令拍動翅膀長達45分鐘，成功實現了電驅動軟體機器魚的深海驅動[7]。而相比于12噸重的“深海挑戰者號”，這條魚的重量幾乎可以忽略不計。

　　科學的探索永無止境，李鐵風等人從超深淵的獅子魚分散式骨骼和擺動的胸鰭中獲得了靈感，實現了無需耐壓外殼、電驅動人工肌肉的軟體機器魚，而這只是萬米深海探索的一個小小起步。

　　它為我們帶來思路：是否能夠利用本項研究的機器人和相關的海底作業平臺，組成一類新型的潛水器，同各種各樣的作業機器人配合，共同完成海底，亦或是江河湖泊底部的探測以及巡查任務呢？更進一步，又能否模仿深海獅子魚的組織架構，來形成魚群一樣的機器人組織，在協同算法的支撐下，共同完成更加細致完整的探索工作呢？

　　也許，未來的深海探測工程都將被這樣一條魚所改變。

　　11月6日騰訊科學WE大會，李鐵風教授將帶領大家踏上星辰大海的征程。一起來線上赴約吧！

　　|參考資料

　　[1]https：//www.bilibili.com/bangumi/play/ep320672

　　[2]https：//zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A9%AC%E9%87%8C%E4%BA%9A%E7%BA%B3%E6%B5%B7%E6%B2%9F

　　[3]https：//en.wikipedia.org/wiki/Mariana_Trench

　　[4]https：//www.cas.cn/zt/kjzt/fdzhwmhs/

　　[5]http://www.idsse.cas.cn/hykp2015/kpdt2015/201707/t20170703_4821417.html

　　[6]https：//www.youtube.com/watch？v=iPIwZ6AMq9A

　　[7]http://sklofp.zju.edu.cn/skl/2021/0304/c27485a2254723/page.htm

　　作者

　　Serendipity

　　浙江大學網絡安全博士生

　　計算機和網絡安全領域科普作者

　　本文轉自騰訊科學WE大會