水下機(jī)器人助力海洋科學(xué)

 

　　中國工程院院士、自動化所研究員封錫盛介紹說，30多年來，自動化所相繼研究出我國首臺水下機(jī)器人、我國首臺6000米無纜自主水下機(jī)器人、我國首臺極地科考水下機(jī)器人等產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于海洋科學(xué)、深海資源勘測、援潛救生等領(lǐng)域。

 

　　2012年，其參與研制的我國第一臺“蛟龍”號載人潛水器在7000米級海試中打破世界同類型載人潛水器最大下潛深度，意味著該潛水器可在占世界海洋面積99.8％的廣闊海域工作。其先后研制出的6000米自主水下機(jī)器人“CR－01”、“潛龍一號”，“潛龍二號”，為確定中國大洋協(xié)會海底勘探區(qū)和制定開采計(jì)劃發(fā)揮重要作用。

 

 

　　“潛龍二號”運(yùn)用了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)：首次采用基于前視聲吶的避碰控制方法，大大提高了避碰障礙物能力；首次在AUV上安裝了磁力探測傳感器，實(shí)現(xiàn)了近海底高精度磁力探測；采用測深側(cè)掃聲吶水下實(shí)時信號處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了深海近海底高精細(xì)地形地貌快速成圖。與“蛟龍”號相比，“潛龍”系列沒有電纜牽引，也無人乘坐，可真正實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、自主作業(yè)以及自我保護(hù)，活動范圍更大，成本更低。

 

　　“潛龍二號”總設(shè)計(jì)師劉健說，“潛龍一號”“潛龍二號”這兩臺應(yīng)用型水下機(jī)器人的成功研制，標(biāo)志著我國自主水下機(jī)器人技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，對提高我國深遠(yuǎn)海資源開發(fā)利用規(guī)模與水平，具有現(xiàn)實(shí)意義。

 

　　我國首臺萬米水下機(jī)器人“海斗”號，在我國第一次綜合性萬米深淵科考即“探索一號”船航次中，成功獲得了2條9000米級和2條萬米級深淵垂直剖面的溫鹽深數(shù)據(jù)，為研究海斗深淵水團(tuán)特性的空間變化規(guī)律和深淵底層洋流結(jié)構(gòu)，以及萬米無人/載人潛水器的設(shè)計(jì)提供了寶貴的基礎(chǔ)資料。

 

　　技術(shù)到應(yīng)用面臨“幾道坎”

 

　　據(jù)了解，目前我國水下機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)，但可應(yīng)用產(chǎn)品還很少，先進(jìn)技術(shù)水平轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用相對緩慢，對海洋開發(fā)等方面都有所影響。

 

　　專家表示，一是當(dāng)前對水下機(jī)器人發(fā)展理念不一，缺乏頂層規(guī)劃。目前國內(nèi)的很多部門和單位從各自角度陸續(xù)提出和研發(fā)了多型水下機(jī)器人原理樣機(jī)，呈現(xiàn)了萬馬奔騰大發(fā)展的態(tài)勢。但由于各單位之間缺乏溝通了解，很多原理樣機(jī)所解決的關(guān)鍵技術(shù)都是低水平的重復(fù)，浪費(fèi)了科研經(jīng)費(fèi)。

 

　　二是研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用面臨斷層。“國外做完的東西可以馬上用，用完了檢驗(yàn)?zāi)膫€地方不合適，馬上改，已形成了一個良性的迭代關(guān)系，而我們現(xiàn)在產(chǎn)品少，應(yīng)用機(jī)會少，美國一臺自主水下機(jī)器人年潛數(shù)可達(dá)幾百次，‘潛龍一號’只有幾十次。長此以往，可能和國外技術(shù)差距逐漸拉大。”劉健說。

 

　　封錫盛院士指出，我國水下機(jī)器部分單機(jī)性能與國外差不多，但生態(tài)體系建設(shè)相差甚遠(yuǎn)。國外在水下機(jī)器人方面，已經(jīng)形成研究、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用、服務(wù)、科普、比賽、教育和人才培養(yǎng)的體系，已經(jīng)建立了獨(dú)立工業(yè)部門，形成從材料、零部件、整機(jī)、配套系統(tǒng)到專用船舶等產(chǎn)業(yè)鏈。“而我國還大多是科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)研發(fā)，企業(yè)參與很少。”

 

　　三是關(guān)鍵零部件研發(fā)和人才儲備存在問題。“‘潛龍二號’在本體、控制器、載體結(jié)構(gòu)都是我們自己研制的，但高精度傳感器、核心的導(dǎo)航定位，主要依靠進(jìn)口，這是我們和國外的一大差距。”劉健說。

 

　　海洋技術(shù)裝備研究室主任李碩說，水下機(jī)器人的發(fā)展與能源、傳感器、控制、通信、人工智能等密切相關(guān)。此外，由于與海水介質(zhì)接觸，低密度、高強(qiáng)度的材料以及密封、防腐等也是水下機(jī)器人特有的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人向更深、更遠(yuǎn)、功能更強(qiáng)的目標(biāo)發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)的研究必須先行。當(dāng)前技術(shù)人員也難滿足應(yīng)用保障需要。“一次出海試驗(yàn)保障機(jī)器運(yùn)行至少要派十幾個人，一去就是100多天，主要負(fù)責(zé)人都要求去，有時候根本派不出人。”

 

　　搶抓機(jī)遇攻堅(jiān)新一代

 

　　專家表示，水下機(jī)器人是建設(shè)海洋強(qiáng)國、捍衛(wèi)國家安全和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必需的利器。我國水下機(jī)器人研制經(jīng)過多年追趕，部分技術(shù)已與國外看齊，亟待進(jìn)一步整合產(chǎn)業(yè)鏈條資源，積極推動水下機(jī)器人成果轉(zhuǎn)化，應(yīng)對新一代全海深、全海域、組合化水下機(jī)器人研發(fā)。

 

　　一是整合資源，帶動多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)。水下機(jī)器人涉及智能控制、機(jī)械與結(jié)構(gòu)、通信與網(wǎng)絡(luò)、模式識別、聲吶技術(shù)等十余個學(xué)科，建議從頂層規(guī)劃好我國水下機(jī)器人的發(fā)展，形成體系化和系列化的發(fā)展態(tài)勢。

 

　　二是加強(qiáng)轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步把水下機(jī)器人技術(shù)轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力。封錫盛、劉健等專家建議，科研院所研制的是工程化的實(shí)用樣機(jī)，距離成熟的市場化產(chǎn)品還有一段距離，況且水下機(jī)器人產(chǎn)品技術(shù)含量高、投入大、風(fēng)險高。因此有必要建立應(yīng)用為導(dǎo)向、企業(yè)為主導(dǎo)、院所為支撐的產(chǎn)業(yè)化體系，使新技術(shù)、新裝備能快速形成產(chǎn)品投入應(yīng)用。

 

　　三是精準(zhǔn)定位，重點(diǎn)支持無人化、智能化、信息化等水下機(jī)器人研發(fā)，規(guī)劃形成水下機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。封錫盛院士介紹，科學(xué)家目前對未來水下機(jī)器人革命的預(yù)測是：水面和水下機(jī)器人相混合，就叫混合機(jī)器人，“可以是一體，也可以是模塊化的組合，或者多臺機(jī)器人混合，大家還能通過水面機(jī)器人聯(lián)系起來，可以和空中、地面機(jī)器人共同開展工作。”

 

　　專家建議，宜鼓勵、引導(dǎo)借助先進(jìn)的信息、電子、傳感器、材料以及智能控制等技術(shù)，大幅提升單體水下機(jī)器人的環(huán)境感知能力、自主決策能力及作業(yè)能力，在實(shí)現(xiàn)單體水下機(jī)器人技術(shù)重大突破基礎(chǔ)上，快速發(fā)展機(jī)器人集群技術(shù)，形成水下機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。