图｜聚合物封装电子器件的耐压性能（来源：Nature）

对于相同的外加压力（110MPa），分散电子设备界面处的平均剪应力低于集中电子设备（约 60MPa），研究人员进行了一系列的压力室实验（110MPa），以确认这种分散电子具有更高的压力弹性。此外，由于从 PCB 上拆下所有组件在技术上是困难的，因为它们的数量很大，为了减少这些元件之间的应力，研究人员在设计时还增加了相邻电子元件之间的距离，当相邻部件之间的距离从 0.4 mm 增加到 2.4mm 时，测试分析显示，最大剪应力能减少 17%。

设计好了电子部分，另一方面就是机械驱动部分，这里的一个关键应用是介电弹性体（DE），一种加上电压即可出现形变的电激活聚合物，这种材料能将电能转化为机械功 —— 当机器人电池的电流作用于肌肉时，肌肉就会收缩，微小的固体结构通过机械方式将收缩肌与鳍相连，使其拍打运动。

最终，他们把机器人设计成了鱼一样的身体形状，有两个拍打的侧鳍。该机器人长 22 厘米（体长 11.5 厘米，尾长 10.5 厘米），翼展有 28 厘米，电力和控制电子设备包括锂离子电池、高压放大器、红外接收器、放电电阻器和 MCU。

它同时具有以下特点：（1）位于支撑架和拍打鳍接合处的 DE “肌肉”；（2）由较硬的前缘和弹性框架支撑的薄硅胶拍打鳍；（3）嵌入其软体内的分散电子。弹性框架粘在预拉伸的 DE 肌肉上，以提供支撑，并将 DE 膜的平面内驱动转换为鳍拍打运动，当施加交流电压时，周期性变形的 DE 肌肉产生两个鳍的拍打运动以推进游动。

图｜软机器人的设计与制造（来源：Nature）

此外，DE 材料也经过了精心设计，可在深海低温高压下保持其电压感应驱动。研究人员在高压下测量了由典型 DE 材料（VHB）制成的圆形致动器的电压感应区域应变，结果发现，当实验条件从（0MPa，25°C）变为（110 MPa，5°C）时，电压引起的区域应变从 19.1% 下降到了 2.4%，不足以推动机器人。

因此，他们采用了一种新的三嵌段共聚物：SBAS。在相同的实验条件下，SBAS 的电压感应面积应变从 12.5% 下降到 7.0%，由于拍动双鳍的设计已得到优化，这种材料的表现对于软机器人深海自由游泳来说已经是足够高的应变。

图｜VHB 和 SBAS 的驱动性能实验（来源：Nature）

研究人员在额外的动态力学分析（DMA）中表明，VHB 和 SBA 的不同性能源自其不同的玻璃化转变温度（Tg），分别为 0.3°C 和17.2°C，这一结果突出了由于微相分离，较低的 Tg 对提高三嵌段共聚物 DE 的机电性能的影响。

开启深海探险新方式

除了深海实地测试外，研究团队还进行了一系列的压力舱和深湖实验，进一步验证了该软体机器人的游泳性能。

他们在实验室中观察记录了该机器人在 110 MPa 的静水压力中，在不同电压（7 kV、8 kV、9 kV，2 Hz）下测试游泳性能。当驱动电压为 7 kV，频率为 1Hz 时，在 0MPa 和 110MPa 的压力下，机器人能以 3.29 cm 每秒和 2.76cm 每秒向前游动。此外，还在一个深湖中用遥控潜水器将其带到水深处，对软机器人的自由游动进行了现场测试，该机器人在 8 米深处能以 3.89cm 每秒的速度游泳，在 70 米深处能以 3.16cm 每秒的速度游泳，证实了它对野外探险的鲁棒性。

图｜软体机器人在测试在 110 MPa 的静水压力中测试（来源：Nature）

图｜软体机器人在湖中测试（来源：Nature）

研究人员表示，此次取得的实验成功有可能扩展到各种其他软设备上，未来如果集成额外的功能单元或重新排列电路则有望产生多种附加功能，例如深海中的传感和通信。

具有传感、驱动、电源和控制系统的软设备可以完全集成，以监测和调节机械滥用条件下的复杂任务（不仅是高压，还有其他困难的机械条件，如振动或冲击）。研究团队的未来工作将集中在开发新的材料和结构，以增强软机器人和设备的智能性、多功能性、机动性和效率。

此前人们曾多次尝试开发应用于水下的各类软体机器人，但由于机器人传感器在深海环境下工作不良，因此机器人与物体的精细交互是一个具有挑战性的领域。另外，软机器人抓手要比刚性抓取装置具有很大的优势，且受生物启发的软体机器鱼可以在其他动物之间游动，而无需对它们造成干扰，因此可以进行近距离研究观察。

新加坡国立大学教授 Cecilia Laschi 在评论文章中表示，研究团队如今已经突破了可以达到的极限：用嵌入软材料中的分布式电子器件取代电子元件的刚性保护外壳，为新一代深海探险家铺平了道路。

然而，在海洋中布置这种设计的机器人之前，还有很多工作要做。因为这项研究开发的机器人比之前报道的水下机器人移动要慢，而且不能承受太多环境的干扰，比如它很容易被水下暗流冲走，其运动能力也需要针对实际应用进行优化。

从长远展望来看，人们可以预测海洋生物学研究的发展方向，即软体机器人在珊瑚礁或水下洞穴中安全航行，在不损坏珊瑚礁或洞穴的情况下采集精致的标本，成群的水下软机器人能够在海床上爬行，将自己固定在特定的结构上或在特定的区域游走探索。

这将有助于各种其他应用技术的发展，进一步为推动海洋监测、清理和防治海洋污染、保护海洋生物多样性提供更多创新方案，更重要的是，它们可以帮助科学家探索海洋深处的大片未知地带。