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我國水下機器人亟待乘勢加快發展

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今年以來,由中科院沈陽自動化所自主研制的深海自主水下機器人“潛龍二號”和自主遙控混合式水下機器人“海斗”號先后成功完成試驗性應用,前者取得我國大洋熱液探測的重大突破,后者在我國首次萬米深淵科考航次中成功應用,最大下潛深度10767米。據了解,我國水下機器人技術已達到國際先進技術水平,但與發達國家相比,仍存在成果應用慢、生態體系建設差距大等問題,宜乘勢而上,從戰略高度加快發展新一代水下機器人。

 水下機器人助力海洋科學

中國工程院院士、自動化所研究員封錫盛介紹說,30多年來,自動化所相繼研究出我國首臺水下機器人、我國首臺6000米無纜自主水下機器人、我國首臺極地科考水下機器人等產品,廣泛應用于海洋科學、深海資源勘測、援潛救生等領域。

2012年,其參與研制的我國第一臺“蛟龍”號載人潛水器在7000米級海試中打破世界同類型載人潛水器最大下潛深度,意味著該潛水器可在占世界海洋面積99.8%的廣闊海域工作。其先后研制出的6000米自主水下機器人“CR-01”、“潛龍一號”,“潛龍二號”,為確定中國大洋協會海底勘探區和制定開采計劃發揮重要作用。

“潛龍二號”運用了多項創新技術:首次采用基于前視聲吶的避碰控制方法,大大提高了避碰障礙物能力;首次在AUV上安裝了磁力探測傳感器,實現了近海底高精度磁力探測;采用測深側掃聲吶水下實時信號處理技術,實現了深海近海底高精細地形地貌快速成圖。與“蛟龍”號相比,“潛龍”系列沒有電纜牽引,也無人乘坐,可真正實現自主導航、自主作業以及自我保護,活動范圍更大,成本更低。

“潛龍二號”總設計師劉健說,“潛龍一號”“潛龍二號”這兩臺應用型水下機器人的成功研制,標志著我國自主水下機器人技術達到了國際先進水平,對提高我國深遠海資源開發利用規模與水平,具有現實意義。

我國首臺萬米水下機器人“海斗”號,在我國第一次綜合性萬米深淵科考即“探索一號”船航次中,成功獲得了2條9000米級和2條萬米級深淵垂直剖面的溫鹽深數據,為研究海斗深淵水團特性的空間變化規律和深淵底層洋流結構,以及萬米無人/載人潛水器的設計提供了寶貴的基礎資料。

 技術到應用面臨“幾道坎”

據了解,目前我國水下機器人技術先進,但可應用產品還很少,先進技術水平轉化成實際應用相對緩慢,對海洋開發等方面都有所影響。

專家表示,一是當前對水下機器人發展理念不一,缺乏頂層規劃。目前國內的很多部門和單位從各自角度陸續提出和研發了多型水下機器人原理樣機,呈現了萬馬奔騰大發展的態勢。但由于各單位之間缺乏溝通了解,很多原理樣機所解決的關鍵技術都是低水平的重復,浪費了科研經費。

二是研發到產業化及應用面臨斷層。“國外做完的東西可以馬上用,用完了檢驗哪個地方不合適,馬上改,已形成了一個良性的迭代關系,而我們現在產品少,應用機會少,美國一臺自主水下機器人年潛數可達幾百次,‘潛龍一號’只有幾十次。長此以往,可能和國外技術差距逐漸拉大。”劉健說。

封錫盛院士指出,我國水下機器部分單機性能與國外差不多,但生態體系建設相差甚遠。國外在水下機器人方面,已經形成研究、設計、制造、應用、服務、科普、比賽、教育和人才培養的體系,已經建立了獨立工業部門,形成從材料、零部件、整機、配套系統到專用船舶等產業鏈。“而我國還大多是科研機構主導研發,企業參與很少。”

三是關鍵零部件研發和人才儲備存在問題。“‘潛龍二號’在本體、控制器、載體結構都是我們自己研制的,但高精度傳感器、核心的導航定位,主要依靠進口,這是我們和國外的一大差距。”劉健說。

海洋技術裝備研究室主任李碩說,水下機器人的發展與能源、傳感器、控制、通信、人工智能等密切相關。此外,由于與海水介質接觸,低密度、高強度的材料以及密封、防腐等也是水下機器人特有的技術。實現水下機器人向更深、更遠、功能更強的目標發展,關鍵技術的研究必須先行。當前技術人員也難滿足應用保障需要。“一次出海試驗保障機器運行至少要派十幾個人,一去就是100多天,主要負責人都要求去,有時候根本派不出人。”

 搶抓機遇攻堅新一代

專家表示,水下機器人是建設海洋強國、捍衛國家安全和實現可持續發展必需的利器。我國水下機器人研制經過多年追趕,部分技術已與國外看齊,亟待進一步整合產業鏈條資源,積極推動水下機器人成果轉化,應對新一代全海深、全海域、組合化水下機器人研發。

一是整合資源,帶動多學科聯合攻關。水下機器人涉及智能控制、機械與結構、通信與網絡、模式識別、聲吶技術等十余個學科,建議從頂層規劃好我國水下機器人的發展,形成體系化和系列化的發展態勢。

二是加強轉化,進一步把水下機器人技術轉變成生產力。封錫盛、劉健等專家建議,科研院所研制的是工程化的實用樣機,距離成熟的市場化產品還有一段距離,況且水下機器人產品技術含量高、投入大、風險高。因此有必要建立應用為導向、企業為主導、院所為支撐的產業化體系,使新技術、新裝備能快速形成產品投入應用。

三是精準定位,重點支持無人化、智能化、信息化等水下機器人研發,規劃形成水下機器人產業。封錫盛院士介紹,科學家目前對未來水下機器人革命的預測是:水面和水下機器人相混合,就叫混合機器人,“可以是一體,也可以是模塊化的組合,或者多臺機器人混合,大家還能通過水面機器人聯系起來,可以和空中、地面機器人共同開展工作。”

專家建議,宜鼓勵、引導借助先進的信息、電子、傳感器、材料以及智能控制等技術,大幅提升單體水下機器人的環境感知能力、自主決策能力及作業能力,在實現單體水下機器人技術重大突破基礎上,快速發展機器人集群技術,形成水下機器人產業。

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責任編輯: 閆月

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