在1月29日的中科院年度工作會議上，來自中科院沈陽自動化研究所(以下簡稱沈自所)的“長航程自主水下機器人研究集體”，獲得“2014年度中科院杰出科技成就獎”。
在掌聲之中，沈自所研究員林揚作為這一集體的代表，接過了獎狀。為了這一成果，以他為代表的沈自所科研人員付出了10多年的努力。
從預研開始
在習近平總書記強調(diào)發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)的呼聲之后，機器人工業(yè)，包括水下機器人的發(fā)展，正迎來前所未有的機遇。各地政府都在加緊發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)園。
如果把時間往前推到2000年，機器人工業(yè)的發(fā)展，可謂飽受冷遇。
投資大、見效慢、技術(shù)難度高，這是機器人產(chǎn)業(yè)的通病。尤其對于自主水下機器人而言，技術(shù)含量很高，這就不是一般的科研機構(gòu)或企業(yè)能做的事。
但早在2000年，沈自所就已經(jīng)進行了長航程自主水下機器人的預研。所謂預研，就是在沒有接到外界經(jīng)費資助、社會也暫無相應需求之前，對前景看好的技術(shù)進行預先研發(fā)。
“我們所在水下機器人的研發(fā)方面，有悠久的傳統(tǒng)和歷史。早在上世紀七八十年代，蔣新松院士就提出了發(fā)展水下機器人的思路。后來封錫盛院士也作出了積極的探索和成果。因此，我們在自籌經(jīng)費的基礎(chǔ)上，進行了長航程自主水下機器人的研發(fā)。”林揚介紹。
那時，這個團隊只有七八個人，經(jīng)費也有限。但抱著甘于坐冷板凳的決心，林揚等人潛心科研，終于迎來了曙光。如今，這個團隊已經(jīng)達到近80人的規(guī)模，相當于創(chuàng)立之初的10倍。
2002年，他們的研究得到有關(guān)部門重視，并給予了一定的經(jīng)費支持。幾乎同時，中科院相關(guān)領(lǐng)導也注意到這一很有發(fā)展前景的研究，也予以穩(wěn)定支持。
2005年，這個團隊全面攻克了相關(guān)核心技術(shù)，制作出了原理樣機。這個自主研發(fā)的機器人通過了千島湖的湖試以及南海的實地環(huán)境實驗。2006年5月，項目研發(fā)的機器人再度通過了海洋環(huán)境的全面實測，標志著該款機器人在技術(shù)上走向成熟。
“當然，這個項目最終結(jié)束并定型，應該是到2011年年底。在此之后，機器人還需要進行大量可靠性、保障性的測試，并進行了小批量生產(chǎn)。”自主水下機器人技術(shù)研究室副主任鄭榮說。
合作的成果
在林揚看來，這項技術(shù)之所以能夠成功，離不開老、中、青科研人員的精誠合作。
“封錫盛院士為這項成果提供了最原始的設(shè)計思路。在后來的研發(fā)過程中，他也經(jīng)常提供寶貴意見，給了我們這些年輕人很多啟發(fā)。”鄭榮說。
長航程自主水下機器人的研發(fā)主要有三大難關(guān)：能耗與降阻問題、智能控制技術(shù)以及自主導航技術(shù)。鄭榮主要負責的就是機器人能耗與降阻的關(guān)鍵技術(shù)研究。為了找到高續(xù)航、大容量的能量來源，同時從材料、外型設(shè)計方面降低阻力、減少能耗，他們花費了兩三年的時間。
2002年大學畢業(yè)后加入該團隊的梁保強說：“剛剛畢業(yè)，我就能參與到這么高端的項目，有這么多院士、專家在身邊提點，對我個人的成長來說，幫助很大。”
有著控制專業(yè)背景的梁保強主要負責硬件設(shè)備的物理框架部分。每一個軟件系統(tǒng)設(shè)計好之后，還需要進一步和硬件結(jié)合，做好硬件架構(gòu)也很重要。
“比如，是用集中式控制方式，還是分布式控制方式，都需要多次實驗、反復設(shè)計。”梁保強說。
正是有著這種敢于創(chuàng)新、勇于拼搏、團結(jié)協(xié)作和無私奉獻的團隊精神，自主水下機器人技術(shù)研究室的力量才不斷發(fā)展壯大。
廣泛的應用
長航程自主水下機器人的研發(fā)一直是各國科學家發(fā)力的焦點所在。
“應該說，有纜機器人在一些特定領(lǐng)域有優(yōu)勢，比如在一個固定的范圍內(nèi)進行勘探，這種形式的機器人方便操作。但從長遠來看，具備一定的環(huán)境識別能力、擁有一定‘自主’意識的機器人，必然是未來水下機器人的大勢所趨。”林揚說。
在完成這項成果的過程中，他們在多個方面取得了自主創(chuàng)新的碩果。最突出的是使用了鋰一次電池大規(guī)模成組方案。一般而言，長航程機器人要求能量儲備大，一般的電池無法滿足條件。鋰一次電池是目前電池家族中單體容量最大的電池，但因其成組難度極大，以前科研人員從來沒有想過用其充當長航程機器人的推進動力。
“但經(jīng)過我們的研究，只有這種鋰電池符合此類型機器人的要求。所以，我們開展了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，進行全新設(shè)計，最終的成組規(guī)模達到世界領(lǐng)先水平。”林揚介紹道，在機器人與載荷有效匹配等方面，他們也進行了卓有成效的創(chuàng)新。
展望未來，林揚對于我國自主水下機器人的發(fā)展充滿信心。“就沈自所來說，水下機器人的研發(fā)技術(shù)，基本和世界先進國家處于同一水平”，但同時，他也期望未來國家能進一步加大投入，加速其發(fā)展。
“目前，國家繪制了建設(shè)海洋強國的宏偉藍圖，海洋強國首先是海洋裝備強國。如果說機器人是制造業(yè)皇冠上的明珠，那么自主水下機器人，就是海洋裝備產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠。”鄭榮最后表示。
