“地球表面70%都是海洋 ， 但海洋環(huán)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(huán)境作業(yè)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(jù)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(jīng)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(jīng)很不容易 ， 水里游的更難 。
相對于陸域和空域 ， 海底環(huán)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(zhàn) ， 不知道機器是否安全 ， 還能不能回得來 。 ”于海斌的心情 ， 側(cè)面反映出水下機器人智能控制之難 。
據(jù)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(tǒng)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(xiàn)較大的累積誤差 。 目前大多數(shù)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(fā)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(shè)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(fā)的水下激光通訊距離應(yīng)用還有相當距離 。
中國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)系到水下機器人的續(xù)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(tǒng)需要幾萬倍的能耗 ， 相當于一臺超級計算機 ， 設(shè)計原始粗放 。 ”
【難度高 用處大，水下機器人：探索海洋非它不可】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(xiàn)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(jié)構(gòu)的應(yīng)用是機器人安全、靈巧、與環(huán)境和對象適配的突破點 。 ”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)機器人的新型結(jié)構(gòu) ， 實現(xiàn)機械手精細化作業(yè)、基于觸覺與力反饋的柔性抓取 。
現(xiàn)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(diào)“雖然還很初級 ， 但不是做著玩兒” 。 據(jù)他介紹 ， 他們以虎鯨為仿生對象 ， 研制了一種面向水質(zhì)監(jiān)測的仿生機器海豚 ， 能夠攜帶不同水質(zhì)傳感器實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測任務(wù) ， 找到水下機器人一個基本的民口應(yīng)用 。 “我們先后在青海裸鯉研究中心和玉樹禪古水庫成功在線采集了水庫PH值、電導率、溫度、深度等重要水質(zhì)參數(shù) ， 基于仿生機器海豚的動態(tài)水質(zhì)監(jiān)測實驗的成功進行 ， 為三江源水源保護提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ) ， 也為動態(tài)自主水質(zhì)監(jiān)測提供了新的技術(shù)手段 。 ”譚民表示 ， 以后在海洋石油平臺腐蝕程度檢測、大壩水底污染監(jiān)測等方面都有類似應(yīng)用可能 。 （采訪人員 崔爽）
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