“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’,其實我們的能源開採主要在300米深度以上。想要往下潜,手段嚴重不足。”9月3日舉辦的人工智慧與水下機器人高峰論壇上,中國科學院瀋陽自動化研究所所長於海斌表示。
水下機器人是探索海洋的重要裝備,在海洋觀測、勘探、水下極端環境工作中潜能巨大。尤其是深海打撈、海溝科學研究樣品取樣等工作,非它不可。據於海斌介紹,上世紀60年代開始,載人潜水器、有纜遙控水下機器人、自主水下機器人研究相繼開始,現時已經進入智慧水下機器人時代。
造機器人,天上飛的地上跑的已經很不容易,水裏遊的更難。
相對於陸域和空域,海底環境複雜得多,對機器人導航、避障、識別探測、追跡、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。”於海斌的心情,側面反映出水下機器人智慧控制之難。
據北京航空航太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管道主要是航位推算、慣性導航以及都卜勒聲呐導航。但這些管道在長距離航行後會出現較大的累積誤差。現時大多數水下機器人採用的組合式導航有效提高了精度,但誤差仍然存在,“機器遊丟了”的情况時有發生,如何找到新的導航管道是研究重點。機器人入了水,需要與其他設備進行資訊通訊,水聲通訊是現時仰仗的主要水下通訊手段,世界各國正在開發的水下雷射通訊距離應用還有相當距離。
中國工程院院士高文表示,希望智慧系統處理速度更快、精度更高、結論更肯定、能源消耗更有效。能耗直接關係到水下機器人的續航能力,“人每天的能耗相當於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,相當於一臺超級電腦,設計原始粗放。”
此外,現時水下機器人攜帶的多是重型液壓剛性機械臂和抓持器,在水下生物採樣、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。”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工作機器人的新型結構,實現機械手精細化工作、基於觸覺與力回饋的柔性抓取。
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,研製了一種面向水質監測的仿生機器海豚,能够攜帶不同水質感測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。“我們先後在青海裸鯉研究中心和玉樹禪古水庫成功線上採集了水庫PH值、電導率、溫度、深度等重要水質參數,基於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科技手段。”譚民表示,以後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。
(科技日報大連9月3日電)