近日，清華大學深圳國際研究生院副教授曲鈞天團隊在海洋仿生軟體機器人領域取得系列研究進展，通過模仿海龜、蠕蟲等生物的高效運動模式，分別研發出面向復雜兩棲環境的智能仿生兩棲海龜機器人、面向水下復雜管道內部探測的仿蠕蟲柔性管道機器人，為海-陸兩棲跨介質探測與水下管道內部巡檢等復雜任務提供了高效、靈活的技術方案。相關研究成果分別發表于《IEEE機器人學匯刊》《細胞報告物質科學》。
在陸地與水域交界的復雜區域，傳統海洋機器人面臨著嚴峻挑戰：這些過渡區域通常由松軟的沉積物、不規則的石塊和不斷變化的地形組成，使得依靠高速螺旋推進的傳統系統容易出現效率下降、機動性受限甚至任務失敗的情況。
面對以上挑戰，曲鈞天團隊從海龜的運動中汲取靈感，研制出一款智能仿生兩棲海龜機器人，該機器人采用三自由度仿生鰭肢與輕量化設計，并通過貝葉斯優化實現低功耗高效運動。其核心創新在于融合視覺與觸覺信息，利用雙流卷積神經網絡進行地形實時分類，準確率高達99.17%，并據此實現動態步態自適應。該策略使機器人能效提升19.1%，運動速度提高9.2%，在復雜環境中表現出卓越的穩定性。
另一方面，管道作為能源運輸與城市運維的核心基礎設施，其隱蔽性、復雜性給檢測維護帶來巨大挑戰。傳統剛性管道機器人結構復雜、控制難度大，在小管徑、破損管道或動態水流等復雜工況下適應性受限；現有軟體機器人雖具備靈活性優勢，但普遍存在流阻大、負載能力弱、難以應對真實管道故障等問題。
為此，曲鈞天團隊研制出了一款磁吸式模塊化仿蠕蟲柔性管道機器人，該機器人創新性地采用星形三向錨定足與纖維增強波紋管主干設計，兼具純柔性與高負載能力，重僅120克，卻能在垂直管道中推動750克、拉動309.5克負載，并適應39至60毫米的變管徑，以及0到90度管道傾角。其模塊化磁吸設計支持快速構型重組，使三節構型可跨越25毫米缺口，五節串聯構型更能跨越80毫米寬斷裂缺口，搭載攝像頭后，機器人可在復雜管道內部完成巡檢任務。
兩項研究中，仿海龜軟體機器人通過多模態感知實現了環境智能適應，而仿蠕蟲軟體管道機器人則通過可重構模塊化軀體突破了復雜非結構化空間的運動限制，分別為兩棲跨介質探測與水下管道內部巡檢等復雜任務提供了高效、靈活的技術方案。
相關論文信息：
https://ieeexplore.ieee.org/document/11219361
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.103038