“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 。 ”
【难度高 用处大，水下机器人：探索海洋非它不可】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 。 （采访人员 崔爽）
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