水下機器人發(fā)展趨勢

隨著陸上資源日益匱乏，人類為了謀取生存所需資源，勢必要向海洋進(jìn)發(fā)，加大海洋資源的開發(fā)，甚至可以說海洋是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和生存的重要保障。在這樣的背景下，為了更好地認(rèn)識、開發(fā)和保護(hù)海洋資源，水下機器人應(yīng)運而生。本文從我國水下機器人發(fā)展現(xiàn)狀入手，對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】水下機器人 發(fā)展趨勢 前景

近些年，我國在海洋資源開發(fā)方面給予了大量投資。2012年，“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器打破了同類型載人潛水器的最大下潛深入，之后又相繼研究出 “CR-01”、“潛龍一號”和“潛龍二號”、“海斗”和“探索一號”等眾多水下機器人，這為我國認(rèn)識、開采和保護(hù)海洋資源提供了重要條件，同時也為我國未來的發(fā)展奠定了扎實基礎(chǔ)。本文基于筆者自身認(rèn)識，對水下機器人的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 我國水下機器人發(fā)展現(xiàn)狀

自上世紀(jì)八十年代中期開始，我國哈爾濱工程大學(xué)和中國科學(xué)院沈陽自動化研究所等相關(guān)研究機構(gòu)開始對智能水下機器人技術(shù)進(jìn)行研究，期間設(shè)計了“海洋一號”遙控式水下機器人試驗樣機，之后又研制出“探索者號”，實現(xiàn)了對海下1000m領(lǐng)域的自動化探索，具有重要意義。在智能決策和控制方面，哈爾濱工程大學(xué)所設(shè)計的“智水”系列水下機器人已經(jīng)攻克了許多技術(shù)難關(guān)，相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)也均逐漸向工程應(yīng)用方面逼近。比如，“智水4”水下機器人可以在海洋環(huán)境中實現(xiàn)自主規(guī)劃安全航線、自主繪制目標(biāo)圖和自主識別水下目標(biāo)等功能。

目前，通過各大專院校和科研機構(gòu)的共同研制，水下機器人在正式投入應(yīng)用方面也已經(jīng)形成了比較完整的系列，尤其是中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和俄羅斯國家所共同研制的“CR-”系列水下機器人可以實現(xiàn)對太平洋深海進(jìn)行實地考察?？紤]到我國水下機器人研究起步較晚，通訊、導(dǎo)航定位、制造工藝、工業(yè)設(shè)計以及目標(biāo)探索等方面的水下技術(shù)同發(fā)達(dá)國家還存在一定差距，以至于我國所研制的水下機器人雖然已經(jīng)在技術(shù)方面取得長遠(yuǎn)進(jìn)步，但是在實際應(yīng)用方面還存在許多限制。即便從國外購買或者租賃一些水下機器人，不僅耗費大量資金，同我國相關(guān)海洋考察工作的配套服務(wù)也比較困難，不太適合我國海域的考察工作。因此，伴隨著海洋開發(fā)需求的持續(xù)增長，加快開發(fā)一些具有實用價值的智能水下機器人刻不容緩。

2 我國水下機器人發(fā)展趨勢

隨著自動化技術(shù)、無線通信技術(shù)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的普及和應(yīng)用，智能水下機器人的功能勢必會進(jìn)一步得到強化，相應(yīng)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

2.1 向高度智能化方向發(fā)展

鑒于水下機器人在海洋工作環(huán)境的未知性和復(fù)雜性特征，需要增強其智能操作系統(tǒng)的前瞻性，即要提升系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)能力和對未來的預(yù)測能力，這就需要對現(xiàn)有的水下機器人的智能體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和完善。當(dāng)前關(guān)于如何有效地提高水下機器人的智能化水平，主要涉及到智能體系結(jié)構(gòu)、任務(wù)規(guī)劃以及環(huán)境感知等領(lǐng)域的開發(fā)研究。相信在未來的水下機器人上，新一代的智能系統(tǒng)會通過聯(lián)合應(yīng)用多種探測與識別技術(shù)來增強水下機器人感知環(huán)境和識別目標(biāo)的能力，同時在運動控制和規(guī)劃決策方面，也會采用更加智能化的信息處理方式。另外，為了最大程度地提升水下機器人適應(yīng)外界環(huán)境的能力，確保其可以勝任各種環(huán)境下的海洋開發(fā)工作，同樣需要確保其智能系統(tǒng)具備更高的學(xué)習(xí)能力，可以自主和海洋環(huán)境之間形成互動，那么這樣的水下機器人就真正成為了“智能”水下機器人。

2.2 向?qū)Ш蕉ㄎ桓呔取⒏咝史较虬l(fā)展

雖然在以往水下機器人中所采用的導(dǎo)航方式可以通過采用先進(jìn)的儀器和優(yōu)化算法來提升精度，但是卻無法徹底消除導(dǎo)航定位基本原理所決定的誤差積累，所以在實際的應(yīng)用過程中需要對其進(jìn)行適當(dāng)修正后方可確保導(dǎo)航定位精度。雖然全球定位系統(tǒng)可以提供非常精準(zhǔn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但是卻非常容易暴露目標(biāo)，同時也會遇到數(shù)據(jù)封鎖情況，著同樣不適用于水下機器人。因此，為了滿足水下機器人的導(dǎo)航定位需求，需要開發(fā)適應(yīng)于水下應(yīng)用的新型導(dǎo)航技術(shù)，比如重力磁力匹配導(dǎo)航技術(shù)、地形輪廓跟隨導(dǎo)航技術(shù)、海底地形匹配導(dǎo)航技術(shù)以及其他地球物理學(xué)導(dǎo)航技術(shù)等等，其中的海底地形匹配導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)在美國海軍潛艇導(dǎo)航中得到了廣泛應(yīng)用，具有導(dǎo)航精讀高、效率高的優(yōu)點?？梢灶A(yù)測，未來水下機器人的導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度會更加效率化和精度化。

2.3 向高密度能源方向發(fā)展

為了滿足日益增長的民用和軍用需求，水下機器人除了具備專業(yè)的處理任務(wù)之外，同樣需要具備持久的續(xù)航力，這就需要在優(yōu)化水下機器人各系統(tǒng)能耗的前提下，盡可能多地提升機器人所攜帶能源的總量。當(dāng)前水下機器人中所采用的電池占用了比較大的重量和體積，相應(yīng)的能量密度值非常低，嚴(yán)重制約了其各方面性能的提升。因此，未來的水下機器人需要配備高密度、高效率的能源，在確保動力能源系統(tǒng)重量和體積控制在合理范圍的基礎(chǔ)上，最大程度地滿足水下機器人的機動性需求，發(fā)揮其各方面的工作性能。

2.4 向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展

為了在提升水下機器人工作性能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)水下機器人的規(guī)?；瘧?yīng)用，就要盡量縮短研制周期，節(jié)約研制費用，確保可以實現(xiàn)水下機器人的批量生產(chǎn)，這均需要建立在水下機器人的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)基礎(chǔ)上，同時也有助于確保水下機器人在制作過程中各部門的協(xié)作設(shè)計，增強了系統(tǒng)和機體結(jié)構(gòu)的兼容性，還可以實現(xiàn)任務(wù)的擴(kuò)展和重構(gòu)。

總之，當(dāng)前水下機器人在我國海洋開采中已經(jīng)嶄露頭角，可以為水下觀察、水下開采作業(yè)提供重要工具支撐，具有廣闊的應(yīng)用前景。相信隨著智能技術(shù)、自動化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，水下機器人會逐步實現(xiàn)高智能化，并且會為我國軍事事業(yè)等的發(fā)展提供強大的技術(shù)支撐，但是這均需要繼續(xù)在水下機器人研發(fā)方面投入精力來進(jìn)行研發(fā)。

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作者簡介

李弘哲，男，山西省太原市人。太谷二中啟航學(xué)校在校高中生。

作者單位

太谷二中啟航學(xué)校 山西省晉中市太谷縣 030800