什么是水下機(jī)器人，水下機(jī)器人長(zhǎng)什么樣，水下機(jī)器人的用途是什么……對(duì)于許多普通大眾來(lái)說(shuō)，水下機(jī)器人似乎還很陌生，其實(shí)它早已將人類(lèi)的足跡延伸至萬(wàn)米的大洋深處。

 

　　日前，在“向陽(yáng)紅10”船上，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研究員、我國(guó)首臺(tái)6000米深海水下自主機(jī)器人“潛龍一號(hào)”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、“潛龍二號(hào)”總設(shè)計(jì)師劉健，給正在執(zhí)行中國(guó)大洋第40航次任務(wù)的科考人員帶來(lái)了一道精彩的水下機(jī)器人科普大餐。

 

　　眾所周知，占地球表面積71%的海洋擁有著豐富的資源。其中，國(guó)際海底區(qū)域總面積為2.517億平方公里，占地球表面積的49％，蘊(yùn)藏著礦物、能源、蛋白質(zhì)、生物基因等多種資源。同時(shí)，海洋還有著重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值，在地球科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域具有重大意義。

 

　　“這就是研制發(fā)展水下機(jī)器人的意義所在，它們可以代替人類(lèi)，探尋大海深處的寶藏和奧秘。”劉健說(shuō)，“機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器裝置。它既可以接受人類(lèi)指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)，它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類(lèi)進(jìn)行工作。那么，水下機(jī)器人就是一種可以在水下協(xié)助或者代替人完成某種任務(wù)的裝置。”

 

　　劉健介紹說(shuō)，水下機(jī)器人可分為載人水下機(jī)器人（HOV）和無(wú)人水下機(jī)器人。其中，無(wú)人水下機(jī)器人又分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是有纜水下機(jī)器人，習(xí)慣稱(chēng)為遙控潛器（Remote Operated Vehicle，簡(jiǎn)稱(chēng)ROV）；另一類(lèi)是無(wú)纜水下機(jī)器人，習(xí)慣稱(chēng)為自主式水下潛器（Autonomous Underwater Vehicle，簡(jiǎn)稱(chēng)AUV）。

 

　　“像大名鼎鼎的蛟龍?zhí)枺褪禽d人水下機(jī)器人，通常稱(chēng)為載人潛水器。像此次‘向陽(yáng)紅10’船上搭載的‘潛龍一號(hào)’和‘潛龍二號(hào)’就是無(wú)人無(wú)纜水下機(jī)器人。”劉健解釋說(shuō)，“載人潛水器顧名思義，就是人在艙內(nèi)操作潛水器，進(jìn)行水下工作；有纜潛水器就是操作人員通過(guò)電纜，在船上遙控潛水器在水下的運(yùn)行和工作；無(wú)纜潛水器則是按照預(yù)先設(shè)定的程序，自主完成海底作業(yè)，智能化程度最高。”

 

　　發(fā)展迅速“戰(zhàn)功赫赫”

 

　　隨著人類(lèi)從陸地向深海拓展，水下機(jī)器人的研制與應(yīng)用也得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。美國(guó)自1775年開(kāi)始研制載人潛水器，至今已有200多年的歷史，1953年下潛深度就達(dá)到了3000米。1960年下潛到11000米。然而，由于研制和運(yùn)行成本巨大，且存在一定的危險(xiǎn)性，科研人員隨即把目光轉(zhuǎn)向了無(wú)人潛水器。

 

　　有纜潛水器（ROV）已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的歷史，應(yīng)用范圍較為廣泛，主要用于軍事、海洋石油、打撈救生、海底管線埋設(shè)和檢查、資源調(diào)查和科學(xué)研究、海洋漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、水庫(kù)大壩檢查、娛樂(lè)等，在潛器家族中，應(yīng)用最多、功能最強(qiáng)大、技術(shù)最成熟。

 

　　“但ROV受臍帶電纜限制，活動(dòng)范圍小，不能進(jìn)入復(fù)雜結(jié)構(gòu)物中；大深度的ROV電纜及水面支持設(shè)備龐大，增加制造成本，占用甲板空間大。為此，無(wú)纜的自主式水下潛器逐漸悄然興起。”劉健說(shuō)，“AUV活動(dòng)范圍大，體積小、重量輕、機(jī)動(dòng)靈活，而且造價(jià)和運(yùn)行成本低，加之隱蔽性好，占用甲板空間小，可獨(dú)立于母船作業(yè)，人的勞動(dòng)強(qiáng)度低，適宜集群使用。”

 

　　三種類(lèi)型的水下機(jī)器人均為人類(lèi)在探索深海大洋中立下了赫赫戰(zhàn)功。例如全世界下潛最多的潛水器“阿爾文”號(hào)曾經(jīng)在地中海850米深的海底找到了一顆遺失的氫彈，1985年成功找到沉睡多年的“泰坦尼克”號(hào)；日本研制的“海溝”號(hào)1997年在關(guān)島附近成功地下潛到10911米深的馬里亞納海溝底部，從海底采回的泥漿中發(fā)現(xiàn)180種微生物；號(hào)稱(chēng)“黑匣子搜索神器”的美軍“藍(lán)鰭金槍魚(yú)”號(hào)曾潛入南印度洋搜尋馬航失聯(lián)客機(jī)MH370的下落，它就是自主式水下潛水器……

 

 

　　我國(guó)水下機(jī)器人研制是從上個(gè)世紀(jì)七八十年代開(kāi)始的。我國(guó)首臺(tái)水下機(jī)器人“海人一號(hào)”由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所1986年研制成功。目前，中國(guó)已經(jīng)建立了以蛟龍?zhí)栞d人潛水器、“海龍”號(hào)無(wú)人有纜潛水器和“潛龍一號(hào)”無(wú)人無(wú)纜潛水器為代表的大洋勘探“龍家族”。

 

　　蛟龍?zhí)柡蘸沼忻?，可載人下潛至7000多米，可以在全球99.8％的海底實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的海底航行、海底照相和攝像、沉積物和礦物取樣、生物和微生物取樣、標(biāo)志物布放、海底地形地貌測(cè)量等作業(yè)。

 

　　“海龍”號(hào)ROV下潛深度達(dá)3500米，主要用于大洋海底調(diào)查活動(dòng)，包括海底熱液礦物取樣、大洋深海生物基因和極端微生物的研究，以及探索人類(lèi)起源的秘密等。同時(shí)也可用于海洋石油工程服務(wù)，水下管道、電纜檢測(cè)維修等各種水下作業(yè)。

 

　　“潛龍”系列目前有“潛龍一號(hào)”和“潛龍二號(hào)”兩臺(tái)水下機(jī)器人。與“蛟龍”號(hào)及“海龍”號(hào)相比，“潛龍”系列可以真正實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、自主作業(yè)以及自我保護(hù)。“蛟龍”號(hào)更適合于定點(diǎn)或小區(qū)域作業(yè)，而“潛龍”的工作范圍更大。

 

　　“潛龍一號(hào)”是我國(guó)自主研制的首個(gè)6000米水下無(wú)人無(wú)纜潛器，長(zhǎng)4.6米、直徑0.8米、重1500公斤的回轉(zhuǎn)體，最大工作水深6000米，巡航速度2節(jié)，最大續(xù)航能力24小時(shí)，配有淺地層剖面儀等探測(cè)設(shè)備。它可完成海底微地形地貌精細(xì)探測(cè)、底質(zhì)判斷、海底水文參數(shù)測(cè)量和海底多金屬結(jié)核豐度測(cè)定等任務(wù)。

 

　　據(jù)悉，“潛龍一號(hào)”于2011年11月啟動(dòng)研制；2013年3月和5月通過(guò)湖上試驗(yàn)和海上試驗(yàn)，累計(jì)下潛7次，最大下潛深度4159米；2013年10月，執(zhí)行了首次應(yīng)用任務(wù)，標(biāo)志著中國(guó)深海資源勘察裝備實(shí)用化改造取得重大進(jìn)展。

 

　　“潛龍二號(hào)”是4500米級(jí)深海資源自主勘察系統(tǒng)，能進(jìn)行海底照相、微地形地貌測(cè)量、熱液異常探測(cè)。

 

　　“‘潛龍二號(hào)’是在‘潛龍一號(hào)’的基礎(chǔ)上，針對(duì)多金屬硫化物探測(cè)的不同需求研制的。它采用全新非回轉(zhuǎn)體立扁形設(shè)計(jì)，更適應(yīng)我國(guó)西南印度洋多金屬硫化物合同區(qū)復(fù)雜的海底地形，上下更自如。而‘潛龍一號(hào)’回轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)比較適合較為平坦的海底地形，它以太平洋底多金屬結(jié)核調(diào)查任務(wù)為目的，兼顧其他多種深海資源的勘探和開(kāi)發(fā)需求，為海洋科學(xué)研究及資源開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)。”劉健告訴記者。

 

　　由于體積小、行動(dòng)靈活，AUV適宜集群使用，此次“向陽(yáng)紅10”船正是搭載了“潛龍一號(hào)”“潛龍二號(hào)”兩個(gè)潛水器，進(jìn)行一艘大船支撐兩個(gè)潛水器的嘗試。劉健說(shuō)，未來(lái)還可以發(fā)展到一艘母船支撐四五個(gè)潛水器，提高效率、節(jié)約資源。