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中国科学院沈阳自动化研究所所长 自主水下机器人的发展

??新浪科技讯 10月24日消息,2016世界机器人论坛21日开始举行,大会邀请国内外机器人领域知名学者、专家围绕“共创共享共赢,开启智能时代”这一主题进行交流研讨。中国科学院沈阳自动化研究所所长于海斌先生以《自主水下机器人的发展》为题发言,他表示,无人的水下系统将替代有人的系统,也是一个大的发展趋势,更是探索和开发

海洋的利器。

以下为演讲实录:

各位同仁,今天我会向大家介绍海洋开发和海洋探测走向深海必需的装备,就是自主水下机器人方面的工作。我的报告分为三个部分的内容:首先介绍一下中国要建设成为一个海洋强国的话必须走向深海,然后是自主水下机器人的发展趋势和现状,最后是中国水下机器人发展的具体情况。

海洋是非常重要的,我们国家十八大提出要建设一个海洋强国,习总书记也多次强调建设一个海洋强国的要求。不知道大家注意到没有,平时我们打交道大部分都是在陆地上,可是海洋占到整个地球面积的百分之七十一,从资源的角度也是非常丰富,包括矿产资源和能源等等。但同时这是非常困难的一件事,因为海洋资源处于非常极端的环境,所以给我们带来了很多困难。国际经济开发署看到了我们对资源有100Billion,分布的这些资源大部分都是深海当中,中间的是一个最大的生态系统,基因、蛋白和新的化合物都在里面,没有很好地发掘和发现,而且占的比例又非常高。海洋也在运输方面发挥了很大作用,风能和能源分布都有很多,但如何去开发它是一个巨大的问题。海洋石油的开发越来越走向深海,现在已经到了三千米深的地方。

除了船舶和海石油钻井平台,很重要的就是水下自主机器人,这个需求还是非常大的。中国要走向深海的话有一个不可回避的选择,这个喷口周边有很多丰富的生物资源和基因资源,海沟里面还有很多情况我们也都不了解。为此国际上放了很多浮标,但是这些浮标基本上都是不动的状态,所以分布起来还是很困难的。水下自主机器人会发挥很多作用,我讲一讲国际上的发展情况。水下机器人的分类很多,一种就是有人操控机器人HOA,另一种就是人不操控,但是地面上可以遥控的ROA,还有自主自制下去自己干活的AOA。机器人有些标志性的东西,其实1964年美国的奥尔良号就下潜到了六千五百米,1966年无人遥控的又诞生了,到了1995年日本海沟号机器人也诞生了,下潜到了一万一千米。无人自主的从美国六千年的三千米到法国的六千米,再到2001年就变成了这样的情况。

这种发展应该是有一个次序的,有人操作从技术上讲还是比较容易实现的,那么未来是什么?水下要实现很多工作是非常困难的,物理条件落后于地面对机器人工程化的程度,那么谈智能可能会更加遥远一些。ROA现在已经工程化了,产业规模也相对稳定,发挥了很大的作用,这些标志性的ROA也都在这个里面发挥作用,六千米深的有很多。AOA应该是一个新兴的领域,最近的五年左右AOA做的也比较多了,但是毕竟没有形成产业,个性化的比较多一点。这次马航事件的时候下去找残骸,看来海洋还是太大了,我们人类能力还是有限。

刚才讲了ROA和AOA,新概念的水下机器人层出不穷,有点像现在我们讲服务机器人各式各样,但是并没有形成量和发挥巨大作用的状态。技术方面水下机器人涉及的领域比陆上机器人更复杂一些,涉及到海洋环境、机械技术和海洋工程,软件和硬件都比较复杂。可以看到主要研发机构都是一些海洋大国,也是经济技术比较发达的国家,都在做这样的一些事情。总体来看,中国水下机器人的开发落后国外三十年左右,国外已经走了七十年的历程,我们是从1970年开始,现在沈阳自动化所的工作在这些方面基本完成了七十年走的过程,但是还有很多差距。中国是从1986年有可以下海的机器人产出了,我们是七十年代末开始做,1986年就已经有了成型的机器人,一直到现在二者的结合。中国主要的研发团队也都在沿海这一段相对比较多,但是内陆有些大学和研究所也在做这样的一些工作。

应该说中国的研发工作首先是从沈阳自动化所的首席科学家开始,七十年代末开始一直到现在都在做这样的一些工作。早期的实验床一直到2013年四千五百米的潜龙二号,六千米的在2012年就已经实现工程化了,AOA最近的进步还是比较大的,7月29日下到一万米的马里纳海沟。中国起步阶段还是自主研发的,但是做的东西今天差距还是比较大,所以从1985年就可以下海做一些基本的实验,但是海洋一号确实是中国水下机器人发展标志性的一个东西。后来我们开始走到国际合作的阶段,最标志性的有三台设备,左边的是跟美国Parel合作的,最早是三百米的ROA用于救援的工作,然后是和俄罗斯合作的C201水下机器人。通过这些合作,我们逐渐掌握了工程技术,也走到了一个相对自主发展的阶段。

我们的发展从纵的宽度、浅的深度达到了一万一千米,因为海洋实在是太大了,我们现在可以做到一千公里的滑翔机,所以整体来看进步很大,但是并没有把所有的辅系都填满。这么多机器人还是在定制化的阶段,主要还是工程需求,并没有形成产业的迹象。这是各种机器人的图谱,AOA的潜龙一号是中间横的,科技考察的就是探索号。

这是我们可操作的救援ROA,它的深度是一千米,下面可以看到的是蛟龙号,蛟龙号是702所牵头做的。蛟龙号是在下放回收的时候,水底下没有办法知道情况,因为能见度很差,蛟龙号下去可以看到外面的东西,谁也没有在水底下看到蛟龙号是什么样。这是龙珠看蛟龙号,第一次看到这么深的蛟龙号的图像。我再介绍一个比较重要的工作就是潜龙一号六千米,2013年大概可以长时间在海底做地形地貌的调查,我们做了很多摄像和探讨浅深的探索,所以要做海洋这件事是相当有难度的,走起来挺好玩,但是做起来还是相当有难度的,回收也是相当的有困难,所以有些工作做起来比较原始。

现在我们做的滑翔机是探索一百到探索一千,最近七千米的滑翔机也已经跑了一千公里。部件上也要国产化,这是一个机械手,就是在发现号的ROA上已经开始试用了,就是水下抓取的情况,需要做密封和水动力的抵销,现在我们也可以用自己研发的机械手做这样的一些工作。这个需要两到三个小时能够下潜到万米,得到了那个存留的数据和水团空间分布梯度情况,这个对科学家认识深渊的特点还是非常有意义的一件事情。

刚才讲的是几个代表性的工作,未来的水下机器人发展方向从有人到无人,我们认为未来是自制,并没有提太多的智能。个人认为,水下机器人研发要比陆地的研发难度大得多,因为环境太恶劣了,所以对工程化进度要比水面的落后一些。现在航天里面的空间需求就变得很大,其实水下的资源有这么多,也需要我们有很多的装备去做,所以从这个角度发展潜力是巨大的。我们认为难度主要体现在极端环境下的应对,包括能源系统、通信系统、基础设施都变得很困难,探测的能力就更不用说了。我们每年百分之二十几的增长还是比较快的,海洋科学的研究ROA也好、AOA也好,科技发表的论文数也在增长,所以从这个角度来说需求也在不断增长。未来是混合型的网络化怎么做,南北极的极端环境下怎么做,独立自主操作的能力和高度的智能性,我们把它放到了最顶层。

总之,无人的水下系统将替代有人的系统,也是一个大的发展趋势,更是探索和开发海洋的利器。

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