水下机器人：探索海洋非它不可

2018-09-04 08:40

“地球表面70%都是海洋，但海洋环境非常恶劣，人类的认知手段极其有限。比如‘向海洋要资源’，其实我们的能源开采主要在300米深度以上。想要往下潜，手段严重不足。”9月3日举办的人工智能与水下机器人高峰论坛上，中国科学院沈阳自动化研究所所长于海斌表示。

水下机器人是探索海洋的重要装备，在海洋观测、勘探、水下极端环境作业中潜能巨大。尤其是深海打捞、海沟科学研究样品取样等工作，非它不可。据于海斌介绍，上世纪60年代开始，载人潜水器、有缆遥控水下机器人、自主水下机器人研究相继开始，目前已经进入智能水下机器人时代。

造机器人，天上飞的地上跑的已经很不容易，水里游的更难。

相对于陆域和空域，海底环境复杂得多，对机器人导航、避障、识别探测、追踪、编队运行等能力的要求更高。“每次做实验我真的睡不着觉，水下机器人试验动辄几十个小时，在船上等得心惊胆战，不知道机器是否安全，还能不能回得来。”于海斌的心情，侧面反映出水下机器人智能控制之难。

据北京航空航天大学机器人研究所名誉所长王田苗介绍，传统的水下机器人的导航方式主要是航位推算、惯性导航以及多普勒声呐导航。但这些方式在长距离航行后会出现较大的累积误差。目前大多数水下机器人采用的组合式导航有效提高了精度，但误差仍然存在，“机器游丢了”的情况时有发生，如何找到新的导航方式是研究重点。机器人入了水，需要与其他设备进行信息通讯，水声通讯是目前仰仗的主要水下通讯手段，世界各国正在开发的水下激光通讯距离应用还有相当距离。

中国工程院院士高文表示，希望智能系统处理速度更快、精度更高、结论更肯定、能源消耗更有效。能耗直接关系到水下机器人的续航能力，“人每天的能耗相当于20瓦灯泡，吃一点儿东西就可以听说读写运动，和人差不多的识别系统需要几万倍的能耗，相当于一台超级计算机，设计原始粗放。”

此外，目前水下机器人携带的多是重型液压刚性机械臂和抓持器，在水下生物采样、考古检测、珍贵品打捞等方面有极大缺陷。现场，王田苗展示了仿章鱼触手的软体机械手，“智能材料、仿生结构的应用是机器人安全、灵巧、与环境和对象适配的突破点。”王田苗说。从自然界水下生物中获得的灵感，正在帮助研究者挖掘水下自主作业机器人的新型结构，实现机械手精细化作业、基于触觉与力反馈的柔性抓取。

现场展示的仿生鱼、仿生海豚，仿生章鱼触手，和一般印象中的机器人不大一样，但中国科学院自动化研究所谭民研究员强调“虽然还很初级，但不是做着玩儿”。据他介绍，他们以虎鲸为仿生对象，研制了一种面向水质监测的仿生机器海豚，能够携带不同水质传感器实现水质监测任务，找到水下机器人一个基本的民口应用。“我们先后在青海裸鲤研究中心和玉树禅古水库成功在线采集了水库PH值、电导率、温度、深度等重要水质参数，基于仿生机器海豚的动态水质监测实验的成功进行，为三江源水源保护提供数据基础，也为动态自主水质监测提供了新的技术手段。”谭民表示，以后在海洋石油平台腐蚀程度检测、大坝水底污染监测等方面都有类似应用可能。