难度高 用处大，水下机器人：探索海洋非它不可

“地球表面的70%是海洋，但是海洋环境非常恶劣，人类的认知手段极其有限。例如，“以海洋为资源”，事实上，我们的能源开发主要是在300多米的深度。如果你想潜下去，你的手段严重不足。”在9月3日举行的人工智能和水下机器人峰会论坛上，中国科学院沈阳自动化研究所所长海斌说。

水下机器人是探索海洋的重要设备。它在海洋观测、勘探和水下极端环境作业中具有巨大的潜力。特别是深海打捞和海沟科学研究取样。据于海滨介绍，自20世纪60年代以来，载人潜水器、电缆遥控潜水器和自主潜水器的研究相继开始，现在已经进入智能潜水器时代。

要制造机器人，在空中飞行时在地面上跑是不容易的，在水中游泳更难。

与陆地和空域相比，海底环境更加复杂，这就要求机器人具有更高的导航、避障、识别和检测、跟踪、编队操作等能力。“每次我做实验，我真的睡不着。水下机器人测试一次需要几十个小时，我不得不在船上恐惧地等待。我不知道这台机器是否安全，也不知道它是否能回来。”海斌的心情反映了水下机器人智能控制的难度。

据北京航空航天大学机器人研究所名誉所长王介绍，传统的水下机器人导航方法主要有航位推算、惯性导航和多普勒声纳导航。然而，这些方法在长距离导航后会导致较大的累积误差。目前，大多数水下机器人采用的组合导航已经有效地提高了精度，但误差仍然存在，并且“丢机”现象时有发生。如何找到一种新的导航方法是研究的重点。当机器人进入水中时，它们需要与其他设备交流。水声通信是目前主要的水下通信方式，水下激光通信离世界各国的发展还有很长的路要走。

中国工程院院士高文表示，希望智能系统具有更快的处理速度、更高的精度、更明确的结论和更高效的能耗。能量消耗与水下机器人的耐力直接相关。“一个人每天消耗的能量相当于20瓦的灯泡。一点点食物就能听、读、写、动。一个类似于人的识别系统需要数万倍的能量消耗，相当于一台超级计算机，设计简单而广泛。”

此外，目前大多数水下机器人都带有重型液压刚性机械臂和夹持器，在水下生物采样、考古探测、贵重物品打捞等方面存在很大缺陷。在现场，王向展示了一个模仿章鱼触手的柔软机械手。“智能材料和仿生结构的应用是机器人安全、智能并适应环境和物体的一个突破点。”王对说道。受自然水下生物的启发，研究人员正在帮助挖掘自主水下机器人的新结构，以实现机械手的精细操作和基于触摸和力反馈的灵活抓取。

现场展示的仿生鱼、仿生海豚和仿生章鱼触须与一般印象中的机器人不同，但中国科学院自动化研究所的研究员谭敏强调说，“虽然它们还很初级，但它们不是为了好玩。”据他介绍，他们以虎鲸为仿生对象，开发了一种用于水质监测的仿生机器海豚，它可以携带不同的水质传感器来实现水质监测任务，并为水下机器人找到了一种基本的民用用途。“我们先后在青海裸鲤研究中心和玉树古禅水库成功地在线采集了水库的重要水质参数，如酸碱度、电导率、温度和深度。基于仿生机器海豚的动态水质监测实验的成功，为三江水源保护提供了数据依据，也为动态独立水质监测提供了新的技术手段。”谭敏说，类似的应用可能在未来检测海洋石油平台的腐蚀程度和监测大坝水下污染。(记者崔爽)