難度高用處大！水下機器人：探索海洋非它不可

發布日期：2021-09-17 來源：點擊：

“地球表面70%都是海洋，但海洋環境非常惡劣，人類的認知手段極其有限。比如‘向海洋要資源’，其實我們的能源開采主要在300米深度以上。想要往下潛，手段嚴重不足。”9月3日舉辦的人工智能與水下機器人高峰論壇上，中國科學院沈陽自動化研究所所長于海斌表示。
水下機器人是探索海洋的重要裝備，在海洋觀測、勘探、水下極端環境作業中潛能巨大。尤其是深海打撈、海溝科學研究樣品取樣等工作，非它不可。據于海斌介紹，上世紀60年代開始，載人潛水器、有纜遙控水下機器人、自主水下機器人研究相繼開始，目前已經進入智能水下機器人時代。
造機器人，天上飛的地上跑的已經很不容易，水里游的更難。

相對于陸域和空域，海底環境復雜得多，對機器人導航、避障、識別探測、追蹤、編隊運行等能力的要求更高。“每次做實驗我真的睡不著覺，水下機器人試驗動輒幾十個小時，在船上等得心驚膽戰，不知道機器是否安全，還能不能回得來。”于海斌的心情，側面反映出水下機器人智能控制之難。

據北京航空航天大學機器人研究所名譽所長王田苗介紹，傳統的水下機器人的導航方式主要是航位推算、慣性導航以及多普勒聲吶導航。但這些方式在長距離航行后會出現較大的累積誤差。目前大多數水下機器人采用的組合式導航有效提高了精度，但誤差仍然存在，“機器游丟了”的情況時有發生，如何找到新的導航方式是研究重點。機器人入了水，需要與其他設備進行信息通訊，水聲通訊是目前仰仗的主要水下通訊手段，世界各國正在開發的水下激光通訊距離應用還有相當距離。

中國工程院院士高文表示，希望智能系統處理速度更快、精度更高、結論更肯定、能源消耗更有效。能耗直接關系到水下機器人的續航能力，“人每天的能耗相當于20瓦燈泡，吃一點兒東西就可以聽說讀寫運動，和人差不多的識別系統需要幾萬倍的能耗，相當于一臺超級計算機，設計原始粗放。
此外，目前水下機器人攜帶的多是重型液壓剛性機械臂和抓持器，在水下生物采樣、考古檢測、珍貴品打撈等方面有極大缺陷。現場，王田苗展示了仿章魚觸手的軟體機械手，“智能材料、仿生結構的應用是機器人安全、靈巧、與環境和對象適配的突破點?！蓖跆锩缯f。從自然界水下生物中獲得的靈感，正在幫助研究者挖掘水下自主作業機器人的新型結構，實現機械手精細化作業、基于觸覺與力反饋的柔性抓取。

現場展示的仿生魚、仿生海豚，仿生章魚觸手，和一般印象中的機器人不大一樣，但中國科學院自動化研究所譚民研究員強調“雖然還很初級，但不是做著玩兒”。據他介紹，他們以虎鯨為仿生對象，研制了一種面向水質監測的仿生機器海豚，能夠攜帶不同水質傳感器實現水質監測任務，找到水下機器人一個基本的民口應用?！拔覀兿群笤谇嗪Ｂ沲幯芯恐行暮陀駱涠U古水庫成功在線采集了水庫PH值、電導率、溫度、深度等重要水質參數，基于仿生機器海豚的動態水質監測實驗的成功進行，為三江源水源保護提供數據基礎，也為動態自主水質監測提供了新的技術手段?！弊T民表示，以后在海洋石油平臺腐蝕程度檢測、大壩水底污染監測等方面都有類似應用可能。

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