導(dǎo)讀：

斯特林發(fā)電機點亮中國星實時畫面

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。

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

它還在深海無氧環(huán)境（1100m）下首次實現(xiàn)了小型斯特林發(fā)電機發(fā)電，在幽深的海底點亮了一顆中國星！

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

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

但今天的我們想說的不是“魚”，而是“人”。

因為操控這一系列“世界首次”的，是8個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，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。

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

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

“西谷II號”下放時

為什么要做魚型、而不是人型？因為“魚”才是海底世界的主宰。人形機器人在水下會因為重心和浮力的問題導(dǎo)致不穩(wěn)定，滑動低效且不靈活，魚形機器人能更好地適應(yīng)水下的環(huán)境、保證平衡性，同時提高能效和靈活性。更重要的，是出于對海底的自然生態(tài)的保護——無論在外形、噪音、對水的擾動等方面，相較此前普遍的螺旋槳驅(qū)動潛水器，魚型能把人類對深海的“打擾”降至最低，盡可能化作海底一條游曳的魚。

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)院門口走過路過的人，經(jīng)常會看到他們擺放在門口的“大玩具”，一個橙色的大魔鬼魚，那是“西谷I號”。

“西谷II號”在它的基礎(chǔ)上，玩出了“新花樣”。

先看魚鰭?！拔鞴菼號”有一對像翅膀一樣張開、用料“剛?cè)岵钡膫?cè)翼，即模塊化胸鰭?，F(xiàn)如今，“西谷II號”兩側(cè)的“翅膀”已迭代為更加靈活的波動鰭，形如波浪，也更貼近你所見到的魚鰭。2024級博士生戴廣民，就是側(cè)翼系統(tǒng)工程師。他解釋說：“這將使‘西谷II號’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，從而在水中產(chǎn)生更高效的推進力和更靈活的轉(zhuǎn)向能力?！?/p>

看起來只是“仿生”，實際“抄作業(yè)”的過程卻遠非那么簡單。自2022年夏天從上海交大碩士畢業(yè)后，戴廣民就一頭扎進了范迪夏實驗室。為了這一對新生的“魚鰭”，戴廣民幾乎成為了團隊中動手任務(wù)量最繁重的人，設(shè)計、打樣、實驗、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、再做正式機身上用的大模型；然后在橡膠、硅膠、聚氨酯、熟橡膠中不斷測試，找尋合適的材質(zhì)；再調(diào)試一種在海底更鮮明的橙色、在魚鰭上增加反光材料……2024年6月，第一批波動鰭開始測試后，戴廣民最常見的姿勢就是蹲著、蹲著、還蹲著……蹲在各個實驗地點的水池邊。

戴廣民

看完魚鰭，再看看魚身。當(dāng)年，“西谷1號”在機器中央，預(yù)留好了一個即插即用的“魚肚子”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”的整個研發(fā)流程，他正是“魚肚子”的負(fù)責(zé)人?！棒~肚子”里的多個鈦合金罐體，是結(jié)構(gòu)設(shè)計中重中之重。他早年在中科院攻讀天文專業(yè)時，就參與過望遠鏡的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計，對此類精密設(shè)計并不陌生。如今，他將這份“折騰”經(jīng)驗遷移到了深海領(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——流體密封測試、模塊插拔穩(wěn)定性、仿生機構(gòu)運動邏輯……每個環(huán)節(jié)均需數(shù)十次迭代。它要像“多啦A夢”的“百寶箱”一樣，能變出不同的"魚”附件，包括深海機械臂、射流機器人、仿生章魚吸盤、深海斯特林發(fā)電機等，這些附件在海底分別能完成不同的既定動作。

許多詳

藏在“魚肚子”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”機器人領(lǐng)域，他可是“根正苗紅”：他的畢業(yè)設(shè)計主題也是水下的仿生魚。這次“西谷II號”最引人注目的新增功能之一，就是“子母魚布放系統(tǒng)”，那條用吸盤懸掛在“大魚”頭部下的機器“小魚”，就是他設(shè)計的。海試中，這條7KG重的小魚被順利釋放，在海中能夠獨立、穩(wěn)步前進，在極為復(fù)雜的海底環(huán)境中與主潛水器協(xié)同工作。最晚加入團隊的科研助理謝其昭，在來西湖之前是位產(chǎn)品設(shè)計師，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)計師的動手能力，機械臂上柔性抓取的吸盤，以及斯特林發(fā)電機的外殼的優(yōu)化，都是他的“大作”。

趙澤岳

謝其昭

然后，重要的一步來了。與“西谷I號”相比，“西谷II號”最大的特點是“可動”——在裝載了一大堆附件之后，還要依靠魚鰭像真正的魚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”核心的算法，或者說控制系統(tǒng)部分，主導(dǎo)者是兩位博士生：2023級的李喆和2021級的王章源。

李喆，是海試隊伍中最年輕的00后。此前，李喆曾經(jīng)是“上天”的人——在哈工大讀本科時，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?！钡膶嶒炇?，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)，聚焦著仿生無人機的撲動翼，即那些非固定的、機身上能像鳥一樣拍打的翅膀。來到西湖后，這對翅膀轉(zhuǎn)到了“魚”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“西谷”潛水器的內(nèi)部系統(tǒng)進行了優(yōu)化提升，包括：自適應(yīng)定高、定深、定向系統(tǒng)，能夠?qū)崟r感知“西谷II號”在水下的姿態(tài)和位置，并自動調(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，然后通過內(nèi)部的智能規(guī)劃算法，自動生成最優(yōu)的航行軌跡。

最后，還有兩位最“年長”的90后，90年生的范迪夏和李偉琨，他們是“西谷II號”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驗室（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，深入研究其機理和方法論。同時，他希望以空海兩棲機器人為研究主題，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”完成其歷史性的2000米級海試并凱旋歸來時，范迪夏一直在思考一個關(guān)鍵問題：下一代潛水器的研發(fā)方向應(yīng)該是向更深的海底探索，還是賦予其更強的作業(yè)能力？經(jīng)過反復(fù)討論，他和他的團隊做出了明確的技術(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動能力。范迪夏解釋說：“我們的目標(biāo)是實現(xiàn)潛水器的可達、可動、可用和好用?！薄拔鞴菼號”已經(jīng)實現(xiàn)了可達的深度；“西谷II號”則在可動的靈活度上取得了突破；而“可用”與“好用”則是他們下一步對“西谷III號”和“西谷IV號”的研發(fā)目標(biāo)，即根據(jù)客戶的實際需求和應(yīng)用場景，定制、設(shè)計并豐富潛水器的功能。范迪夏團隊相信，通過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。

范迪夏

李偉琨與海洋的邂逅要更出其不意。彼時，這位專攻算法設(shè)計的“準(zhǔn)IT人”、浙工大博士生，正埋頭于代碼與數(shù)據(jù)的海洋，卻未曾料到命運的軌跡會因一封郵件而徹底改寫。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，收到的回復(fù)讓他措手不及——“你有沒有興趣做第三代潛水器？”這句突如其來的邀請，像是一扇通往未知世界的大門，就此開啟。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，更將他卷入了一場與“機器魚”的漫長“纏斗”。從一個對海洋科學(xué)幾乎一無所知的門外漢，到承擔(dān)起“西谷”系列潛水器總設(shè)計師的重任，李偉琨的轉(zhuǎn)型堪稱一場冒險。這個職位看似風(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。他從零開始，像拼接一張沒有邊角的拼圖。能請教的專家，他一一登門求教；無人可問時，便埋首于書籍和論文，逐字逐句啃下晦澀的專業(yè)知識……

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”和一系列裝備的“嘉庚號”科考船終于啟航。在“西谷II號”下放海底后的那三個小時里，所有參與海試的成員，沒有人離開現(xiàn)場，沒有人去洗手間；當(dāng)“西谷II號”成功在2000米深度完成所有近底復(fù)雜運動與作業(yè)的那一刻，第一次參加海試的00后新手激動的哭了，連帶感染了老隊員也忍不住掉下了眼淚……

“西谷II號”深海運動畫面

那么，這條“大魚”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?！保粦{借這些能力，未來“西谷II號”將能夠在自然勘探、珊瑚礁觀測、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、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”將成為理想的多功能平臺，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”總設(shè)計師，李偉琨會永遠記得2025年3月4日的夜。那是他們漂在海上，與大自然爭搶時間的一個夜晚。肉眼可見，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。希望在不遠的未來，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值……

出海前“西谷II號”團隊大合照

文章來源：公眾號“西湖大學(xué)WestlakeUniversity”

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