海底AI革命一鳴驚人 探訪水下機(jī)器人“黑科技”

 

　　自古以來，人類一直在致力于海底世界的探索。從神秘炫酷的軍事潛水艇到集高科技于一身的水下機(jī)器人，海底工業(yè)革命一直在悄悄地進(jìn)行著。而近日美國的無人潛航器事件，又進(jìn)一步掀開了水下機(jī)器人的面紗。那么這種無人潛航器到底又是什么東西呢？

 

　　無人潛航器又被稱為“潛水機(jī)器人”或“水下機(jī)器人”，你可以把它理解為水下無人機(jī)，有軍用跟民用之分。按照操控的方式，它可以分為遙控型（ROV）和自主型（AUV）兩種。ROV 是拴在宿主艦船上，由操作人員持續(xù)控制；AUV 則是可經(jīng)過編程航行至一個(gè)或多個(gè)航點(diǎn)，自帶電能，不用纜線。美軍在 2014 年搜尋馬航客機(jī)殘骸出動的“金槍魚”就屬于 AUV。

 

 

　　但是這兩種類型的無人潛航器（UUV）同樣都會涉及到包括仿生、智能控制、水下目標(biāo)探測與識別、水下導(dǎo)航（定位）、通訊、能源系統(tǒng)等六大技術(shù)。所以說，水下機(jī)器人是一種技術(shù)密集性高、系統(tǒng)性強(qiáng)的工程，有著極高的門檻。因此它也一直停留在軍工領(lǐng)域，消費(fèi)級的產(chǎn)品也是近幾年才陸續(xù)出現(xiàn)。

 

　　某種程度來講，“下五洋捉鱉”比“上九天攬?jiān)?rdquo;更加困難，因?yàn)樗聶C(jī)器人想要走向水底，首先需要解決的就是機(jī)器人在水下“存活”的問題，對其硬件水平有很高的要求。除了要保持機(jī)器的密閉之外，還要做到防腐蝕、抗水壓。此外要想機(jī)器人能平衡的在水下嬉戲，還需要保持其重心跟浮心處在同一位置。

 

　　而直接影響機(jī)器人智能水平的，則是其控制技術(shù)——機(jī)器人的大腦和神經(jīng)中樞系統(tǒng)。它是各種人工智能技術(shù)跟控制技術(shù)的集成。在機(jī)器人于水下探測和識別出目標(biāo)后，它能做出有效的資源管理和反饋。

 

　　當(dāng)前市面上我們看到的水下機(jī)器人大多還只是“機(jī)”和“電”的結(jié)合，是一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)，只能叫做“水下智能機(jī)器“，還不是“水下智能機(jī)器人”。不過，隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，水下機(jī)器人的智力也在不斷地提高。

 

　　就目前來看，水下機(jī)器人只是一個(gè)延長人類手臂的工具。既然是工具，收集數(shù)據(jù)跟資料便是其重中之重。這其中就涉及到通訊技術(shù)，目前主流的水下機(jī)器人通訊方式主要有光纖通訊（主要應(yīng)用于 ROV）、水聲通訊（主要應(yīng)用于 AUV）。光纖通訊主要是由光端機(jī)（水面）、水下光端機(jī)、光纜三部分組成。其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)率高（100Mbit/s），有很好的抗干擾能力；缺點(diǎn)是限制了水下機(jī)器人的工作距離和可操縱性，因?yàn)橐话愣际菐Ю|線的。

 

　　由于水下機(jī)器人的工作區(qū)是在水域內(nèi)，所以市面上的產(chǎn)品也基本都是采用仿生技術(shù)設(shè)計(jì)。以下我們就來盤點(diǎn)下國內(nèi)外的仿生水下機(jī)器人。

 

　　Ocean One

 

　　Ocean One 來自于斯坦福機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，是一款人形水下機(jī)器人，身高 5 英尺。它的背面安裝了計(jì)算單元、電池、推進(jìn)器，能像真人一樣游泳。使用人工智能和觸覺反饋系統(tǒng)，向終端傳遞機(jī)器人所持東西的感受，可以實(shí)現(xiàn)水下打撈等工作。

 

　　龍蝦機(jī)器人

 

　　這款機(jī)器人由美國人約瑟夫·艾爾斯（Joseph Ayers）發(fā)明，目前該仿生機(jī)器人已在東北大學(xué)海洋科學(xué)中心為美國海軍進(jìn)行試驗(yàn)研究，它可以探測水下礦藏。觸須用來探測環(huán)境中的障礙物，8 條腿可以向任何方向移動，爪子和尾巴可使其保持穩(wěn)定。

 

　　珠寶機(jī)器魚

 

　　珠寶機(jī)器魚體長 1.5 米，由英國埃塞克斯郡大學(xué)設(shè)計(jì)，可持續(xù)勘測 8 小時(shí)，能夠自動上報(bào)勘測位置的變化，并且無線傳輸勘測數(shù)據(jù)，西班牙海岸將增添 4 只這樣的機(jī)器魚負(fù)責(zé)巡邏工作，搜尋水中的污染物質(zhì)。

 

　　機(jī)器水母

 

　　這款機(jī)器水母由德國費(fèi)斯托工程公司設(shè)計(jì)，通過內(nèi)置在圓頂結(jié)構(gòu)中的 11 個(gè)紅外線發(fā)光二極管，可以彼此之間進(jìn)行溝通聯(lián)系，該公司使用機(jī)器水母測試大規(guī)模工程故障是否可以通過許多小型機(jī)器人系統(tǒng)制作來完成。

 

　　Liquid Robotics Wave Glider

 

　　Glider 依靠浪潮和太陽能提供驅(qū)動能量，最高時(shí)速可達(dá) 5.5 公里。其主要由漂浮在水面和在水底穿行的兩個(gè)部件組成。水面部件長約 3 米，包含太陽能電池板和船載傳感器系統(tǒng)；水下的部件可以利用浪潮產(chǎn)生推進(jìn)力。Glider 既可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以在整合進(jìn)艦隊(duì)里實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，可在無需任何燃料的情況下運(yùn)行一整年。Glider 目前的行程已經(jīng)超過 100 萬公里，在經(jīng)歷了颶風(fēng)等極端天氣之后依然可以運(yùn)行良好。

 

　　白鯊 MAX

 

　　這個(gè)水下機(jī)器人由 深之藍(lán)公司制造，在硬件方面，白鯊 MAX 采用了全固態(tài)推進(jìn)系統(tǒng)與九軸平衡運(yùn)動系統(tǒng)，同時(shí)也攻克了電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的閉環(huán)控制難題，因此可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的水下姿態(tài)的精確調(diào)整。其續(xù)航 2 小時(shí)，最大可以下潛到 100 米水深，支持 200 萬像素視頻錄制，在艙底還設(shè)有多功能懸掛點(diǎn)，可以附載 3D 攝像頭、聲納、機(jī)械手、光纖等設(shè)備。

 

　　FiFish 飛行魚

 

　　這款消費(fèi)級水下機(jī)器人產(chǎn)品由 鰭源科技推出，最大下潛深度為 100 米，推進(jìn)器采用了定制的 DC 無刷電機(jī)，穿梭于海底間，最快速度達(dá)到 2m/s。此外，它還搭載了 162 度超廣角鏡頭和 180 度攝像頭云臺，支持 4K 視頻分辨率。

 

　　除此之外，還有很多有趣的水下機(jī)器人，比如 SeaDrone、OpenRov Trident、MidWest ROV 等，只是他們的外觀并非是采用仿生設(shè)計(jì)。

 

　　相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，到 2020 年中國無人潛航器的市場規(guī)模就能達(dá)到 800 億元人民幣級別，軍用無人潛器的市場也將達(dá)到 300 億元規(guī)模。在民用無人潛器方面，面向企業(yè)的市場將有 430 億元，其中搜索救援類達(dá) 60 億元，安全監(jiān)測類達(dá) 137 億元，調(diào)查研究類達(dá) 3.7 億元。面向個(gè)人的“潛水伴侶”類無人潛器，也有 60 億元的市場空間。

 

　　目前，水下機(jī)器人主要于水產(chǎn)養(yǎng)殖、水下結(jié)構(gòu)勘查、水底殘骸估測、救援、環(huán)境生態(tài)監(jiān)測、水下攝影等領(lǐng)域。比如，在 2011 年的日本海嘯后，就有使用大量的水下機(jī)器人幫助水產(chǎn)行業(yè)恢復(fù)；德國則是把“海獺”水下機(jī)器人用于近海石油調(diào)查、通信線路檢查、軍事應(yīng)用以及深海探測打撈等。

 

　　雖然目前的水下機(jī)器人并非能像人一樣進(jìn)行獨(dú)立地、全面地思考與執(zhí)行，但是通過人工智能的深度學(xué)習(xí)，也能幫助人們解決很多棘手的問題。只是應(yīng)用到消費(fèi)領(lǐng)域，目前的價(jià)格還是相對昂貴。如果未來有高質(zhì)、低成本的解決方案進(jìn)入市場的話，相信該領(lǐng)域會有一個(gè)井噴式的發(fā)展。