在南海，點(diǎn)亮一顆中國(guó)星

導(dǎo)讀：

斯特林發(fā)電機(jī)點(diǎn)亮中國(guó)星實(shí)時(shí)畫(huà)面

具身智能，當(dāng)下最熱的概念，天馬行空的西湖人，這一回將它“玩到了”海底。

它沒(méi)有人形，身形復(fù)刻的是魔鬼魚(yú)；沒(méi)有手腳，只有靈動(dòng)的魚(yú)鰭；但它能原地轉(zhuǎn)彎，能瞬間制動(dòng)，能在激流中保持“直立”，能自動(dòng)生成最優(yōu)的航行軌跡……

它還在深海無(wú)氧環(huán)境（1100m）下首次實(shí)現(xiàn)了小型斯特林發(fā)電機(jī)發(fā)電，在幽深的海底點(diǎn)亮了一顆中國(guó)星！

這是西湖大學(xué)流體智能與信息化實(shí)驗(yàn)室打造的“西谷II號(hào)”潛水器，近期在中國(guó)南海海試成功。

兩年前，西湖大學(xué)研制的首個(gè)“西谷I號(hào)”，完成了漂亮的初征，成為世界首個(gè)“抵達(dá)”海底2000米深處的仿生結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)潛水器。這一次，“西谷II號(hào)”完美續(xù)篇，不僅再次“成功抵達(dá)”，而且在海底2000米深處“翩然起舞”，完成了“可達(dá)，可動(dòng)、可用”三部曲中的關(guān)鍵一步：可動(dòng)。

但今天的我們想說(shuō)的不是“魚(yú)”，而是“人”。

因?yàn)椴倏剡@一系列“世界首次”的，是8個(gè)90后，年齡最小的博士生出生于2001年，剛剛從哈工大直博到西湖……

所以，這一群年輕人到底在“玩什么”？

壹

“北冥有魚(yú)，其名為鯤，鯤之大，不知其幾千里也”，莊子在《逍遙游》中，描摹出了一類想象中的巨魚(yú)。

如果讓范迪夏團(tuán)隊(duì)的年輕人們來(lái)補(bǔ)充描述，他們能給出一串具體的數(shù)字：長(zhǎng)3米、寬3米、高1.5米。這是他們最新研發(fā)的“西谷II號(hào)”的尺寸，比通常的小汽車短一點(diǎn)，再寬一點(diǎn)。

承襲“西谷I號(hào)”的道法自然，這依然是一件全仿生設(shè)計(jì)的魚(yú)型潛水器，效仿對(duì)象為有著“魔鬼魚(yú)”之名的蝠鲼魚(yú)：身體扁平、行動(dòng)敏捷、重心低不易傾覆。

“西谷II號(hào)”下放時(shí)

為什么要做魚(yú)型、而不是人型？因?yàn)椤棒~(yú)”才是海底世界的主宰。人形機(jī)器人在水下會(huì)因?yàn)橹匦暮透×Φ膯?wèn)題導(dǎo)致不穩(wěn)定，滑動(dòng)低效且不靈活，魚(yú)形機(jī)器人能更好地適應(yīng)水下的環(huán)境、保證平衡性，同時(shí)提高能效和靈活性。更重要的，是出于對(duì)海底的自然生態(tài)的保護(hù)——無(wú)論在外形、噪音、對(duì)水的擾動(dòng)等方面，相較此前普遍的螺旋槳驅(qū)動(dòng)潛水器，魚(yú)型能把人類對(duì)深海的“打擾”降至最低，盡可能化作海底一條游曳的魚(yú)。

貳

范迪夏經(jīng)常掛在嘴邊的一句話是：在西湖，我們都是玩著改變世界的大玩具的大孩子。從工學(xué)院門(mén)口走過(guò)路過(guò)的人，經(jīng)常會(huì)看到他們擺放在門(mén)口的“大玩具”，一個(gè)橙色的大魔鬼魚(yú)，那是“西谷I號(hào)”。

“西谷II號(hào)”在它的基礎(chǔ)上，玩出了“新花樣”。

先看魚(yú)鰭。“西谷I號(hào)”有一對(duì)像翅膀一樣張開(kāi)、用料“剛?cè)岵?jì)”的側(cè)翼，即模塊化胸鰭。現(xiàn)如今，“西谷II號(hào)”兩側(cè)的“翅膀”已迭代為更加靈活的波動(dòng)鰭，形如波浪，也更貼近你所見(jiàn)到的魚(yú)鰭。2024級(jí)博士生戴廣民，就是側(cè)翼系統(tǒng)工程師。他解釋說(shuō)：“這將使‘西谷II號(hào)’在外觀上更符合水下航行的流體力學(xué)要求，能夠更自然地模仿生物鰭的擺動(dòng)，從而在水中產(chǎn)生更高效的推進(jìn)力和更靈活的轉(zhuǎn)向能力。”

看起來(lái)只是“仿生”，實(shí)際“抄作業(yè)”的過(guò)程卻遠(yuǎn)非那么簡(jiǎn)單。自2022年夏天從上海交大碩士畢業(yè)后，戴廣民就一頭扎進(jìn)了范迪夏實(shí)驗(yàn)室。為了這一對(duì)新生的“魚(yú)鰭”，戴廣民幾乎成為了團(tuán)隊(duì)中動(dòng)手任務(wù)量最繁重的人，設(shè)計(jì)、打樣、實(shí)驗(yàn)、推翻再做，如此循環(huán)往復(fù)：先做1/3大小的3D打印小模型、再做正式機(jī)身上用的大模型；然后在橡膠、硅膠、聚氨酯、熟橡膠中不斷測(cè)試，找尋合適的材質(zhì)；再調(diào)試一種在海底更鮮明的橙色、在魚(yú)鰭上增加反光材料……2024年6月，第一批波動(dòng)鰭開(kāi)始測(cè)試后，戴廣民最常見(jiàn)的姿勢(shì)就是蹲著、蹲著、還蹲著……蹲在各個(gè)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的水池邊。

戴廣民

看完魚(yú)鰭，再看看魚(yú)身。當(dāng)年，“西谷1號(hào)”在機(jī)器中央，預(yù)留好了一個(gè)即插即用的“魚(yú)肚子”拓展塢空間，現(xiàn)在，它裝滿了新的附件和設(shè)備。博士后許多祥參與了“西谷Ⅱ號(hào)”的整個(gè)研發(fā)流程，他正是“魚(yú)肚子”的負(fù)責(zé)人。“魚(yú)肚子”里的多個(gè)鈦合金罐體，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重中之重。他早年在中科院攻讀天文專業(yè)時(shí)，就參與過(guò)望遠(yuǎn)鏡的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)此類精密設(shè)計(jì)并不陌生。如今，他將這份“折騰”經(jīng)驗(yàn)遷移到了深海領(lǐng)域。一直到2024年10月的千島湖湖試，許多祥所負(fù)責(zé)的這一核心部分還在不斷調(diào)試——流體密封測(cè)試、模塊插拔穩(wěn)定性、仿生機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)邏輯……每個(gè)環(huán)節(jié)均需數(shù)十次迭代。它要像“多啦A夢(mèng)”的“百寶箱”一樣，能變出不同的"魚(yú)”附件，包括深海機(jī)械臂、射流機(jī)器人、仿生章魚(yú)吸盤(pán)、深海斯特林發(fā)電機(jī)等，這些附件在海底分別能完成不同的既定動(dòng)作。

許多詳

藏在“魚(yú)肚子”里的附件，就是另外兩位科研助理大展身手的空間。趙澤岳去年剛剛從華南理工大學(xué)畢業(yè)，雖“初出茅廬”，但要論“仿生魚(yú)”機(jī)器人領(lǐng)域，他可是“根正苗紅”：他的畢業(yè)設(shè)計(jì)主題也是水下的仿生魚(yú)。這次“西谷II號(hào)”最引人注目的新增功能之一，就是“子母魚(yú)布放系統(tǒng)”，那條用吸盤(pán)懸掛在“大魚(yú)”頭部下的機(jī)器“小魚(yú)”，就是他設(shè)計(jì)的。海試中，這條7KG重的小魚(yú)被順利釋放，在海中能夠獨(dú)立、穩(wěn)步前進(jìn)，在極為復(fù)雜的海底環(huán)境中與主潛水器協(xié)同工作。最晚加入團(tuán)隊(duì)的科研助理謝其昭，在來(lái)西湖之前是位產(chǎn)品設(shè)計(jì)師，他以“跨界”的身份躍入了科研的世界，充分發(fā)揮一位產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的動(dòng)手能力，機(jī)械臂上柔性抓取的吸盤(pán)，以及斯特林發(fā)電機(jī)的外殼的優(yōu)化，都是他的“大作”。

趙澤岳

謝其昭

然后，重要的一步來(lái)了。與“西谷I號(hào)”相比，“西谷II號(hào)”最大的特點(diǎn)是“可動(dòng)”——在裝載了一大堆附件之后，還要依靠魚(yú)鰭像真正的魚(yú)一樣在水下或即停即走，或原地轉(zhuǎn)彎……這就涉及到“西谷II號(hào)”核心的算法，或者說(shuō)控制系統(tǒng)部分，主導(dǎo)者是兩位博士生：2023級(jí)的李喆和2021級(jí)的王章源。

李喆，是海試隊(duì)伍中最年輕的00后。此前，李喆曾經(jīng)是“上天”的人——在哈工大讀本科時(shí)，他身在信息工程系，關(guān)心的是“如何與天上的東西建立聯(lián)系”。畢業(yè)后，他卻在一眾選擇里，走向了“入海”的實(shí)驗(yàn)室，也由此調(diào)轉(zhuǎn)了手中算法的方向。

李喆

巧合的是，與他一起并肩作戰(zhàn)的王章源，同樣曾經(jīng)是仰望天空的人。在南京航空航天大學(xué)讀本科期間，王章源研究的是飛行器適航技術(shù)，聚焦著仿生無(wú)人機(jī)的撲動(dòng)翼，即那些非固定的、機(jī)身上能像鳥(niǎo)一樣拍打的翅膀。來(lái)到西湖后，這對(duì)翅膀轉(zhuǎn)到了“魚(yú)”的身上，算法的任務(wù)也從翱翔轉(zhuǎn)向了游弋。

王章源（左）與李喆正在工作

兩人通力合作，對(duì)“西谷”潛水器的內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化提升，包括：自適應(yīng)定高、定深、定向系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)感知“西谷II號(hào)”在水下的姿態(tài)和位置，并自動(dòng)調(diào)整航行狀態(tài)；以及全自主軌跡規(guī)劃近底巡航能力，可以預(yù)先設(shè)定巡航任務(wù)和目標(biāo)區(qū)域，然后通過(guò)內(nèi)部的智能規(guī)劃算法，自動(dòng)生成最優(yōu)的航行軌跡。

最后，還有兩位最“年長(zhǎng)”的90后，90年生的范迪夏和李偉琨，他們是“西谷II號(hào)”的“掌舵”者。

從上海交通大學(xué)本科畢業(yè)，到麻省理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位；從加拿大皇后大學(xué)擔(dān)任助理教授，再到入職西湖大學(xué)并建立流體智能與信息化實(shí)驗(yàn)室（i4 – FSI Laboratory），工學(xué)院PI范迪夏始終專注于流體力學(xué)領(lǐng)域的研究。加入西湖大學(xué)后，他致力于探索人工智能與流體力學(xué)的跨學(xué)科交叉，深入研究其機(jī)理和方法論。同時(shí)，他希望以空海兩棲機(jī)器人為研究主題，發(fā)展人工智能在流體力學(xué)漩渦控制和感知方面的新方法和新理論。

當(dāng)“西谷I號(hào)”完成其歷史性的2000米級(jí)海試并凱旋歸來(lái)時(shí)，范迪夏一直在思考一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：下一代潛水器的研發(fā)方向應(yīng)該是向更深的海底探索，還是賦予其更強(qiáng)的作業(yè)能力？經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，他和他的團(tuán)隊(duì)做出了明確的技術(shù)選擇：放棄傳統(tǒng)的“往深處走”的路線，轉(zhuǎn)而大幅提升潛水器的運(yùn)動(dòng)能力。范迪夏解釋說(shuō)：“我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)潛水器的可達(dá)、可動(dòng)、可用和好用。”“西谷I號(hào)”已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了可達(dá)的深度；“西谷II號(hào)”則在可動(dòng)的靈活度上取得了突破；而“可用”與“好用”則是他們下一步對(duì)“西谷III號(hào)”和“西谷IV號(hào)”的研發(fā)目標(biāo)，即根據(jù)客戶的實(shí)際需求和應(yīng)用場(chǎng)景，定制、設(shè)計(jì)并豐富潛水器的功能。范迪夏團(tuán)隊(duì)相信，通過(guò)不斷提升潛水器的性能和適應(yīng)性，可以更好地滿足深海探索和作業(yè)的需求，為海洋科學(xué)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

范迪夏

李偉琨與海洋的邂逅要更出其不意。彼時(shí)，這位專攻算法設(shè)計(jì)的“準(zhǔn)IT人”、浙工大博士生，正埋頭于代碼與數(shù)據(jù)的海洋，卻未曾料到命運(yùn)的軌跡會(huì)因一封郵件而徹底改寫(xiě)。當(dāng)他向正在馬里亞納海溝執(zhí)行科考任務(wù)的崔維成教授發(fā)出求職信時(shí)，收到的回復(fù)讓他措手不及——“你有沒(méi)有興趣做第三代潛水器？”這句突如其來(lái)的邀請(qǐng)，像是一扇通往未知世界的大門(mén)，就此開(kāi)啟。更讓他意想不到的是，這條回復(fù)不僅改變了他的研究方向，更將他卷入了一場(chǎng)與“機(jī)器魚(yú)”的漫長(zhǎng)“纏斗”。從一個(gè)對(duì)海洋科學(xué)幾乎一無(wú)所知的門(mén)外漢，到承擔(dān)起“西谷”系列潛水器總設(shè)計(jì)師的重任，李偉琨的轉(zhuǎn)型堪稱一場(chǎng)冒險(xiǎn)。這個(gè)職位看似風(fēng)光，卻意味著他必須成為“全能型選手”，從算法到機(jī)械、從流體力學(xué)到材料科學(xué)，所有領(lǐng)域都要涉獵，所有細(xì)節(jié)都要掌握。他從零開(kāi)始，像拼接一張沒(méi)有邊角的拼圖。能請(qǐng)教的專家，他一一登門(mén)求教；無(wú)人可問(wèn)時(shí)，便埋首于書(shū)籍和論文，逐字逐句啃下晦澀的專業(yè)知識(shí)……

李偉琨

歷經(jīng)近一年的研發(fā)，以及“等船、等設(shè)備、等人、等天氣”，2025年2月25日，搭載著“西谷II號(hào)”和一系列裝備的“嘉庚號(hào)”科考船終于啟航。在“西谷II號(hào)”下放海底后的那三個(gè)小時(shí)里，所有參與海試的成員，沒(méi)有人離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)，沒(méi)有人去洗手間；當(dāng)“西谷II號(hào)”成功在2000米深度完成所有近底復(fù)雜運(yùn)動(dòng)與作業(yè)的那一刻，第一次參加海試的00后新手激動(dòng)的哭了，連帶感染了老隊(duì)員也忍不住掉下了眼淚……

“西谷II號(hào)”深海運(yùn)動(dòng)畫(huà)面

那么，這條“大魚(yú)”能為人類做些什么呢？它所具有的在復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)的能力，包括在小半徑中轉(zhuǎn)彎、在三秒內(nèi)完成一定角度的轉(zhuǎn)彎，都不只是好看的“雜耍”；憑借這些能力，未來(lái)“西谷II號(hào)”將能夠在自然勘探、珊瑚礁觀測(cè)、生態(tài)修復(fù)、海底采礦、設(shè)備維修等一系列涉及生態(tài)保護(hù)、資源采集與海底工程的復(fù)雜任務(wù)中大展身手。尤其是在深海環(huán)境中的應(yīng)用，“西谷II號(hào)”將成為理想的多功能平臺(tái)，為人類深入探索和利用海底資源提供精準(zhǔn)、高效的解決方案。

作為“西谷II號(hào)”總設(shè)計(jì)師，李偉琨會(huì)永遠(yuǎn)記得2025年3月4日的夜。那是他們漂在海上，與大自然爭(zhēng)搶時(shí)間的一個(gè)夜晚。肉眼可見(jiàn)，船的一側(cè)，月明星稀；另一側(cè)，烏云壓頂，風(fēng)浪已起。那神奇而瑰麗的景象，也許正是科學(xué)探索的浪漫所在。希望在不遠(yuǎn)的未來(lái)，能探尋到更多未被人類世界觸及的美麗、奧秘與奇跡，挖掘出海洋于人類的更多價(jià)值……

出海前“西谷II號(hào)”團(tuán)隊(duì)大合照

文章來(lái)源：公眾號(hào)“西湖大學(xué)WestlakeUniversity”

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