“海底法拉利”是哈爾濱工程大學船舶工程學院黃海教授及其團隊研究人員立足于國家自然科學基金委員會重點項目“水下機器人自主環(huán)境感知與生物目標無損抓取研究”研制的，項目起步于2016年。黃海介紹，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)模不斷擴大，潛水員人工捕撈的作業(yè)模式已經(jīng)越來越不能滿足海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求。捕撈人力成本高、水下工作環(huán)境惡劣、受到客觀因素影響作業(yè)時間有限，因此，團隊致力于研發(fā)一款智能的海底生物捕撈水下機器人來代替潛水員的工作，不僅能降低捕撈成本，還能提高捕撈效率及安全性。
出海試驗選擇在獐子島附近的自然養(yǎng)殖海域進行，然而測試當天，單方向海流速度已經(jīng)達到了0.6米/秒，海況比較惡劣。風浪越大，水流越湍急，越能展現(xiàn)“海底法拉利”的實力。
“法拉利”身高1.15米，四肢矯健，長達1.2米的三關(guān)節(jié)機械臂是抓取海鮮的殺手锏。它有三只眼睛，可以根據(jù)海鮮的不同位置和海況，智能選擇兩種抓取模式。為了實現(xiàn)精確識別，捕撈機器人在下海的第一天進行了樣本采集和訓練，在光纜的引導下，“法拉利”被護送到海面。經(jīng)過逐步分解的單目自主抓取和雙目自主抓取訓練測試后，獨立完成從下潛到自主尋找、智能識別、定位跟隨、自主抓取、收集等一系列全自主操作。
科研人員捏著一把汗，他們靜靜地盯著顯示屏中“法拉利”的一舉一動。在湍急的水流中，加足馬力的“法拉利”沒有受到水流的影響，憑借著強大的雙目模式精準識別目標，從距離海底1.5米的高度緩緩降落，逐步趨近目標，四條腿牢牢罩在目標物的周圍，機械臂果斷出擊。“今天有海鮮吃了!”見一只只扇貝被機械臂裝進背簍，科研人員擊掌叫好。
“法拉利”出海試驗圓滿成功，為了這一天，研究團隊先后20余人努力了4年多。“海底作業(yè)不同于陸地，海水混濁能見度差，機器人要克服大風浪與海流的嚴重影響及正常人類作業(yè)難以應(yīng)付的水下環(huán)境，挑戰(zhàn)性超乎想象。”黃海表示，此次參加海試的第二代“海底法拉利”，經(jīng)過團隊多年的迭代改進升級，已經(jīng)逐個突破了對海底生物的遠距離探測、水下生物的視覺柔性感知、目標生物快速檢測、識別與跟蹤和自主抓取等技術(shù)難題。
機器人在水下智能識別海底生物和精準抓取是兩大難題。當機器人發(fā)現(xiàn)目標后，海流的方向和流速都是不可控的，機器人如何實現(xiàn)精準抓??？
“我們通過對機器人的運動軌跡規(guī)劃并調(diào)整機器人的運動控制，來實現(xiàn)機器人精準趨近目標。當發(fā)現(xiàn)目標后，機器人的手眼配合非常重要，團隊還特別開發(fā)了手眼協(xié)調(diào)控制模型，克服了攝像機和模型參數(shù)的不確定性，實現(xiàn)了手眼融合自主作業(yè)。”黃海說。
據(jù)團隊成員介紹，水下機器人不僅能抓取扇貝，鮑魚、螃蟹、海參等海洋生物，在它學習之后，任何海洋生物都能識別抓取。“不但提高了工作效率，還減少了對海底生態(tài)環(huán)境的破壞，有利于海洋生物養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。”
下一步，團隊還將繼續(xù)改良機器人的各方面性能，通過環(huán)境感知和智能決策，實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境中對復(fù)雜組合體、軟體動物甚至生命活體的操作和作業(yè)，推動我國水下機器人自主環(huán)境感知與作業(yè)技術(shù)研究應(yīng)用取得重大突破。
