“浙里”仪器共享好故事⑫|共享仪器助力浙江大学仿生软体鱼游向万米深海

本期“浙里”仪器共享好故事，享博士和大家一起走进浙江大学化学工程联合国家重点实验室，了解其利用原子力显微镜、凝胶渗透色谱仪、动态热机械分析仪等多台共享仪器为仿生软体鱼“造肌肉”、进行模拟实验，助力仿生软体鱼探索万米深海的故事。

01成功打卡马里亚纳海沟！

入选2021年度中国科学十大进展

“探索具有未知性、先驱性和挑战性的未来领域，是突破人类认知极限的必由之路。学校研制的仿生软体智能机器鱼成功打卡万米深海，一大批浙大人攻坚克难、只争朝夕。”这是浙江大学校长吴朝晖在2022年本科生毕业典礼暨学位授予仪式上的讲话。

马里亚纳海沟，地球的最深处。要涉足这无人之境，人造机器若没有耐压的“盔甲”，就会被强大的水压破坏。浙江大学航空航天学院交叉力学中心李铁风教授团队联合之江实验室，与合作单位开展跨学科交叉研究，由深海狮子鱼启发，率先提出机电系统软-硬共融的压力适应原理，成功研制了无需耐压外壳的仿生软体智能机器鱼，首次实现了在万米深海自带能源软体人工肌肉驱控和软体机器人深海自主游动，为深海探测作业、环境的观察和深海生物的科考提供了新的解决方案。

这项研究成果于2021年3月4日，作为封面文章被刊登在国际顶级期刊《自然》上，经由中央电视台《新闻联播》、《人民日报》等多家知名媒体报道，引发了社会广泛的关注与讨论，并入选了2021年度中国科学十大进展。

【浙江大学仿生软体智能机器鱼登上Nature封面】

【仿生软体智能机器鱼在深海】

02电驱动人工肌肉，

突破极限适应110兆帕静水压

马里亚纳海沟是一个一片漆黑、冰冷的世界，低温和高压的极端自然环境，给智能海底机器鱼的制造带来很多技术难题，首先要面临的就是介电弹性体材在极端环境下电驱动性能明显衰减的问题。“采用介电弹性体材料驱动的软体机器鱼，到马里亚纳海沟中进行游动海试，我们发现常用的材料在实验室中驱动效果比较好，但是在深海，高压和低温的环境使介电弹性体材料发生相变，驱动性能极具下降，应用受到极大限制。”浙江大学航空航天学院李铁风教授团队讲述软体鱼下海实验遇到的问题时说道。

【仿生软体机器鱼在马里亚纳海沟驱动】

仿生鱼会“游动”，是仿生鱼的“翅膀”通过它根部的介电弹性体驱动，通过通电的方式，介电弹性体会像肌肉一样进行收缩和舒张，从而带动“翅膀”扑动。为了攻克这个材料难题，浙江大学化工学院罗英武团队通过活性乳液聚合技术设计制备了SBAS（聚苯乙烯-b-聚丙烯酸丁酯-b-聚苯乙烯）三嵌段共聚物弹性体材料。该材料具有低玻璃化转变温度、优异的弹性以及电驱动性能，最终成为适应深海低温、高压等极端环境的人工肌肉材料，助力仿生软体鱼游入深海。

【适应深海极端高压环境的软体机器人人工肌肉】

在SBAS三嵌段共聚物弹性体材料的制备中，最复杂的便是RAFT（可逆加成-断裂链转移聚合）乳液聚合，不仅要做到聚合物分子量可控和分布较窄，而且要求分子结构和组成可设计。浙江大学化学工程联合国家重点实验室测试平台利用本单位入网至浙江省大型科研仪器开放共享平台上的共享仪器，协助研究团队开展了一系列的测试分析服务，如利用凝胶渗透色谱仪表征了SBAS嵌段共聚物的分子量及其分布情况；利用动态热机械分析仪和万能材料试验机对介电材料的玻璃化温度和粘弹性进行了测试；利用原子力显微镜和透射电镜捕捉到了三嵌段共聚物的微观相分离形貌等，这一系列的测试分析服务为研究团队开展仿生软体机器鱼的研究提供了强有力的技术支撑。

【原子力显微镜测试相图】

【凝胶渗透色谱仪】

【差示扫描量热仪】

03仪器共享助力

学科交叉拓宽研究方向

组建于1991年的浙江大学化学工程联合国家重点实验室测试平台，是学校教学、科研和人才培养的公共支撑平台。平台目前有50余台大型科研仪器，主要侧重于新型聚合物材料的结构、性能表征以及对聚合过程的监控分析。经过多年的发展，平台为校内外提供测试服务和技术支持，仅2021年接收校内外测试样品数6.6万余个，科研仪器总有效机时数超8.8万小时。

谈到这次为仿生软体鱼电的介弹性体材料提供测试服务的过程，国家重点实验室的平台负责人说：“本次项目非常注重对仪器管理员工作技能的培养，让技术能更快地从实验室走向实用。同时，根据实际工作的探索和实践，我们不断优化测试方法，提升大型科研仪器功能开发，拓展仪器应用领域。”

以浙江省大型科研仪器开放共享平台为媒介，化学工程联合国家重点实验室为380多个课题组、650余项纵向科研项目、100余家校外企事业单位提供测试服务和技术支持，有利地支撑了我国材料相关领域的高水平发展，为近百篇高影响学术论文打下基础。未来，化学工程联合国家重点实验室分析平台将针对更多研究领域的特殊要求，积极建立仪器新方法新技术，拓展设备功能和应用领域，以满足越来越广泛而复杂的测试需求。

（来源：浙江省大型科研仪器开放共享平台）

转自：“科研设施与仪器平台”微信公众号

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