水下机器人在极地大显身手科研人员在甲板上准备部署。“发现4500”自主水下机器人回收过程。经过14000海里、79天的风浪，中国第12次北极科学考察圆满完成任务。日前，随着“雪龙二号”科考船缓缓停靠在上海国内基地的码头，科考队员邵刚这几天紧绷的神经渐渐放松。在此次科考中，他和三位同事带领的“探索者4500”自主水下机器人（以下简称“探索者4500”）表现出色，圆满完成了在高纬度海冰覆盖区的科学考察。北极。这也是我国首次利用自主水下机器人在北极高纬度地区开展近海海底科研应用。其成功下潜获得的宝贵数据，将为北极环境保护提供重要的科学支撑。第一次北极之旅进行了一系列的技术升级。邵钢，中国科学院沉阳自动化研究所副研究员。这是他第一次参加极地科考。和他一样，“探索者4500”也是第一次去极地探险。沉阳自动化研究所研制的“探索4500”酷似一条“大黄鱼”。与普通无人水下机器人相比，“探索4500”拥有更强的自主性。沉阳自动化研究所副研究员李洋告诉记者：“与遥控水下机器人相比，‘探索者4500’无需电缆连接母船，无需人工干预即可实现自主航行和探测。范围也更大。”尽管“探索4500”足够强大，但前往极地恶劣环境，科研人员仍不放心。出发前，他们对其进行了一系列技术升级改造，全面提升了系统的可靠性。在极地高纬度地区，科考母船会因为风和水流的相互作用而发生位移，使得水下机器人难以在相对固定的区域展开和回收，冰层也会阻碍母船与水下机器人之间的距离。沟通。“这一切都需要水下机器人具备自主导引能力，能够准确接收母船指令，根据自身设备状态调整运行轨迹，并在回收过程中逐渐向母船靠拢，从而实现自动安全恢复。”邵钢介绍。针对北极科考工作区海冰覆盖密度高的特点，科考团队创新研发了结合声学遥控和自动导引的水下回收技术，确保“探索者4500”能够成功连续下潜并安全康复。.邵钢说：“我们还增加了应急信标，当潜水器浮出水面后卡在冰层下或肉眼无法确定位置时，用于更准确的定位。”优化了故障处理流程，使其能够自主判断当前状态并做出决策。“连续工作一段时间后，机器人就能像我们人类一样感受到身体的状态。”邵刚说：“如果它觉得它的‘灵头’还不错，它就会继续工作；如果感觉不太好，它会立刻向我们发出求救信号，我们会马上去帮助它。”尽管我们已经做好了在恶劣的极地环境中安全恢复的充分准备，但极地天气瞬息万变。科考队和“探索4500”在北极，经历了意想不到的困难和考验。一次行动前，原定下潜区域气温骤降，狂风大雪，能见度极差。“当时，我们的母船距离这个作业区有十多海里，在航行过程中，我一直很忐忑，担心无法正常完成设备部署。”邵刚回忆道。母船到达潜水区时，天气开始转晴，但之前的降温和暴风雪导致海水迅速结冰，水域面积比之前小很多，给部署和部署增加了很大的困难和风险。机器人的恢复。机器人无处“落脚”，科研任务时间紧迫，不能耽误，怎么办？最终，邵刚和他的同事们决定用母船破冰，人为开辟了一个可以部署水下机器人的水域环境。邵刚说：“破冰打开的水域很小，这其实不利于我们回收水下机器人。幸运的是，我们最终完成部署并安全回收，这也证明‘探索者4500’是具备在恶劣的极地作业环境中开展科学研究和应用的能力。”极地海洋很多区域常年被海冰覆盖，调查海冰特征和冰下海域是极地科考的重要组成部分。沉阳自动化研究所副所长李硕介绍，极地科学研究一直是水下机器人发展的重点方向，近年来，沉阳自动化研究所先后有4型6台无人水下机器人参加了8次极地科学考察，为我国极地科学考察做出了重要贡献.“自主水下机器人在极地科学考察中主要承担三项任务。”李阳说，“一是观察、探测浮冰，了解其厚度、状态、运动情况；二是测量水体参数，包括水的深度、温度、盐度等；三是携带对海底地形进行精细探测，在此基础上，还可以发现海底的一些矿产资源。”传统的海冰检测方法是在海冰上钻孔，这种方法效率比较低，获得的数据有限，有很大的局限性。有些人无法到达，进行更大范围、更深、更长时间的科学考察，而且采样灵活、准确，有利于提高采集样本的质量，增加样本数量。“科考人员通过安装在水下机器人身上的摄像机、照相机、成像声纳等成像设备，可以直观地观察极地水下世界。”李阳说。李硕说：“自主水下应用此次机器人赴北极科考任务，让我们更加了解科学家对智能机器人技术的需求。科研团队将以此为出发点，将技术创新与科学需求紧密结合，不断优化升级，为未来探索更大范围的北极科学研究提供更智能的技术手段，帮助科学家获得更多有价值的数据和信息。”先进的功能实现从水面到水下11000米的全覆盖早在20世纪70年代，一些国家就开始研发用于极地探险的无人水下机器人。目前种类较多，主要有遥控（有线）和自主（无线）。据李洋介绍，我国从1980年代就开始了水下机器人的研发，当时沉阳自动化研究所是主要研发单位之一。“不过，用于极地科考的水下机器人快速发展主要是近10年，期间我们相继研发了‘海极ROV’、‘北极ARV’、‘探索AUV’等水下机器人，并参与在多项极地科学研究中，均已成功应用。近年来，沉阳自动化所响应国家重大需求，致力于推动水下机器人谱系发展，现已实现从水面到11000米水深全覆盖，还实现了多项水下机器人全覆盖。公里到数千公里的航程。”我们团队主要专注于无人水下机器人的研发和应用。目前，我国无人水下机器人的主要功能和性能指标已达到国际先进水平。”李洋说。随着水下机器人谱系的发展，其应用领域越来越广泛，所面临的作业环境也越来越极端和复杂。李洋告诉记者，除了极地，他们目前正在对青藏高原的高原湖泊和太平洋的马里亚纳海沟进行科学考察。“这些都是非常极端和复杂的环境，对无人水下航行器的自主控制技术提出了很高的要求。我们需要在有限的空间内携带更多的传感器，这影响了整体布局和电池兼容性，它们都构成了重大挑战。”未来，世界自主水下机器人的发展将朝着更加智能化的方向发展，环境适应能力更强，协同作业能力更强。”我们原来的自主水下机器人，大部分都是预编程的。在下水之前，研究人员就提前给它预设好程序，告诉它目标和行走的路径。”李洋说，未来随着智能化的发展，人的干预会越来越少，自主化水下机器人将变得越来越智能，发挥越来越重要的作用。
