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難度高用處大！水下機(jī)器人：探索海洋非它不可
發(fā)布日期：2021-09-17 來源： 點(diǎn)擊：
“地球表面70%都是海洋，但海洋環(huán)境非常惡劣，人類的認(rèn)知手段極其有限。比如‘向海洋要資源’，其實(shí)我們的能源開采主要在300米深度以上。想要往下潛，手段嚴(yán)重不足。”9月3日舉辦的人工智能與水下機(jī)器人高峰論壇上，中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所所長(zhǎng)于海斌表示。
水下機(jī)器人是探索海洋的重要裝備，在海洋觀測(cè)、勘探、水下極端環(huán)境作業(yè)中潛能巨大。尤其是深海打撈、海溝科學(xué)研究樣品取樣等工作，非它不可。據(jù)于海斌介紹，上世紀(jì)60年代開始，載人潛水器、有纜遙控水下機(jī)器人、自主水下機(jī)器人研究相繼開始，目前已經(jīng)進(jìn)入智能水下機(jī)器人時(shí)代。
造機(jī)器人，天上飛的地上跑的已經(jīng)很不容易，水里游的更難。
相對(duì)于陸域和空域，海底環(huán)境復(fù)雜得多，對(duì)機(jī)器人導(dǎo)航、避障、識(shí)別探測(cè)、追蹤、編隊(duì)運(yùn)行等能力的要求更高。“每次做實(shí)驗(yàn)我真的睡不著覺，水下機(jī)器人試驗(yàn)動(dòng)輒幾十個(gè)小時(shí)，在船上等得心驚膽戰(zhàn)，不知道機(jī)器是否安全，還能不能回得來。”于海斌的心情，側(cè)面反映出水下機(jī)器人智能控制之難。
據(jù)北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所名譽(yù)所長(zhǎng)王田苗介紹，傳統(tǒng)的水下機(jī)器人的導(dǎo)航方式主要是航位推算、慣性導(dǎo)航以及多普勒聲吶導(dǎo)航。但這些方式在長(zhǎng)距離航行后會(huì)出現(xiàn)較大的累積誤差。目前大多數(shù)水下機(jī)器人采用的組合式導(dǎo)航有效提高了精度，但誤差仍然存在，“機(jī)器游丟了”的情況時(shí)有發(fā)生，如何找到新的導(dǎo)航方式是研究重點(diǎn)。機(jī)器人入了水，需要與其他設(shè)備進(jìn)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(guó)正在開發(fā)的水下激光通訊距離應(yīng)用還有相當(dāng)距離。
中國(guó)工程院院士高文表示，希望智能系統(tǒng)處理速度更快、精度更高、結(jié)論更肯定、能源消耗更有效。能耗直接關(guān)系到水下機(jī)器人的續(xù)航能力，“人每天的能耗相當(dāng)于20瓦燈泡，吃一點(diǎn)兒東西就可以聽說讀寫運(yùn)動(dòng)，和人差不多的識(shí)別系統(tǒng)需要幾萬倍的能耗，相當(dāng)于一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)原始粗放。
此外，目前水下機(jī)器人攜帶的多是重型液壓剛性機(jī)械臂和抓持器，在水下生物采樣、考古檢測(cè)、珍貴品打撈等方面有極大缺陷。現(xiàn)場(chǎng)，王田苗展示了仿章魚觸手的軟體機(jī)械手，“智能材料、仿生結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是機(jī)器人安全、靈巧、與環(huán)境和對(duì)象適配的突破點(diǎn)。”王田苗說。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(yè)機(jī)器人的新型結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精細(xì)化作業(yè)、基于觸覺與力反饋的柔性抓取。
現(xiàn)場(chǎng)展示的仿生魚、仿生海豚，仿生章魚觸手，和一般印象中的機(jī)器人不大一樣，但中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所譚民研究員強(qiáng)調(diào)“雖然還很初級(jí)，但不是做著玩兒”。據(jù)他介紹，他們以虎鯨為仿生對(duì)象，研制了一種面向水質(zhì)監(jiān)測(cè)的仿生機(jī)器海豚，能夠攜帶不同水質(zhì)傳感器實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)任務(wù)，找到水下機(jī)器人一個(gè)基本的民口應(yīng)用。“我們先后在青海裸鯉研究中心和玉樹禪古水庫(kù)成功在線采集了水庫(kù)PH值、電導(dǎo)率、溫度、深度等重要水質(zhì)參數(shù)，基于仿生機(jī)器海豚的動(dòng)態(tài)水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的成功進(jìn)行，為三江源水源保護(hù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為動(dòng)態(tài)自主水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)手段。”譚民表示，以后在海洋石油平臺(tái)腐蝕程度檢測(cè)、大壩水底污染監(jiān)測(cè)等方面都有類似應(yīng)用可能。
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