潛入深海

要想從深海中找東西，還是要靠機(jī)器人。用機(jī)器人來探索深海的前景無疑是美妙的。

難題拋給機(jī)器人

在威尼斯的潟湖中，渾濁的水里，一隊(duì)機(jī)器人組成的巡邏隊(duì)正有條不紊地梭巡著。有的機(jī)器人繞著整個潟湖滑行，尋找著自己的獵物；有的則安靜地待在湖底的淤泥上，等待著向基地傳輸數(shù)據(jù)的信號。如果托馬斯·史密克爾能夠找到自己的辦法，以上的場景將很快變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。史密克爾他們正思尋著，怎樣用自己擁有的機(jī)器人來組建一支艦隊(duì)，以攻破海洋研究中的一個大難題：深海打撈。

大家都知道，馬來西亞航空公司MH370的悲劇故事。2014年，這架飛機(jī)從吉隆坡起飛后不久，便消失在了茫茫印度洋上。所有人都認(rèn)為，MH370已經(jīng)在印度洋上墜毀了?？墒牵瑲v經(jīng)一年多的搜尋，飛機(jī)的殘骸連個影子都沒找到。即使一開始的搜索面積有半個英國那么大，可事到如今，沒有任何人敢說自己找到MH370的殘骸了，一片都沒有。

失事飛機(jī)的影響確實(shí)很大，不過，還有很多其他原因也是促使推進(jìn)深海打撈技術(shù)的關(guān)鍵。例如，為了保護(hù)海洋環(huán)境，需要堵住失事油輪的泄漏口，使其不再漏油；或是撈回每年因船只失事而墜入深海的成千上萬的集裝箱貨柜等等。對于這些難題，用機(jī)器人來進(jìn)行打撈似乎是個解決辦法。

深海打撈的通信難題

不過，在這之前，我們還需要先處理一些棘手的問題。

一般來說，當(dāng)深海搜尋開始時，我們都會使用潛艇下潛到水中，不管是人類機(jī)長來操作，還是完全的機(jī)器人作業(yè)，如果沒有綁定一艘固定的船，那么都需要這艘潛艇定期回到海面，向基地報(bào)告其搜集到的數(shù)據(jù)。找尋MH370時，相關(guān)組織就是在打撈船上，用6千米長的線纜綁住一個水下擴(kuò)音器，然后再于海面進(jìn)行交叉巡航，拖拽著擴(kuò)音器，希望能接收到飛機(jī)黑匣子發(fā)出的脈沖聲。

在這樣的情況下，想要更有效地進(jìn)行深海搜尋，我們就需要一個在水里能夠無線傳輸數(shù)據(jù)，并且還能自我定位的獨(dú)立搜索器。問題就出在這兒。常用的交流媒介，即高頻無線電信號，其在空氣中的傳輸也許沒什么阻礙，可是一旦入水，這樣的無線電信號很快就會被吸收掉。而如果改為低頻信號，雖然傳輸?shù)穆烦棠茏叩眠h(yuǎn)些，其信號本身又難以承載足夠多的信息。

那么，用聲音來傳輸會怎么樣呢？

聲音在這一點(diǎn)上可謂得天獨(dú)厚。因?yàn)椋曇粼谒飩鞑?，比起在空氣中還要容易。早在1912年，著名的泰坦尼克號郵輪沉沒后，聲納系統(tǒng)便開始出現(xiàn)在各種船只上，用來探測水下物體如冰山等。不過，音波脈沖的編碼比較復(fù)雜，音頻調(diào)制解調(diào)器的處理速度也很慢，再加上海豚和鯨魚等自帶回聲定位系統(tǒng)的海洋生物的干擾，要想傳回準(zhǔn)確的信息還是有難度的。

光脈沖更加有效

史密克爾是薩布卡爾特隆計(jì)劃的項(xiàng)目成員之一。整個計(jì)劃希望研發(fā)出能夠自主學(xué)習(xí)、自主調(diào)節(jié)，以及能夠在水下獨(dú)立運(yùn)作的機(jī)器人，并檢驗(yàn)這些機(jī)器人能否最終成為深海探索領(lǐng)域中的奇兵。史密克爾及其團(tuán)隊(duì)的設(shè)想是，開發(fā)出兩種不同的機(jī)器人：一種名叫“貽貝”，專職待在被網(wǎng)格化的海床上，需要時則從海底浮上水面，向基地傳輸數(shù)據(jù)；另一種名為“魚”，這種機(jī)器人則負(fù)責(zé)在水流中穿梭，收集數(shù)據(jù)?！棒~”類機(jī)器人能夠相互交流，也能和“貽貝”機(jī)器人交換信息。這樣，數(shù)據(jù)的收集和傳輸之間的距離就被大大縮短了。另外，需要搜索的海域被劃分為一個個的網(wǎng)格后，兩類機(jī)器人就能像地毯一樣，挨個兒覆蓋住每一個網(wǎng)格，細(xì)細(xì)地把整個區(qū)域翻個底朝天。

威尼斯?jié)暫乃軠\，基本上都在兩米以內(nèi)?？茖W(xué)家們把這里作為機(jī)器人訓(xùn)練場。在這里，機(jī)器人需要完成一系列的任務(wù)，除了搜尋可能的安全隱患如破裂的污水管道或是泄漏的化學(xué)污染物之外，項(xiàng)目組還會檢測機(jī)器人相互之間的交流是否順暢。為了使附近的機(jī)器人能夠快速地識別自己的隊(duì)友，科學(xué)家們沒少想辦法。發(fā)射球面電磁波和鐳射光都用上了，藍(lán)色LED燈也沒漏掉。至于為什么非得是藍(lán)色，那是因?yàn)椋{(lán)色光是在水中傳輸距離最遠(yuǎn)的一種光波。

就這樣，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，要是在深海那樣更加潔凈且幽暗的水域中，用光脈沖來交流似乎比其他方法更加有效。最近，美國科學(xué)家做了一個測試。它們在位于海底的一個傳感器與另一個與之相距100米的自主水下機(jī)器人之間，建立了一個高速的數(shù)據(jù)連接。對此，他們十分自豪地聲稱，其連接速度完全可以媲美任何家庭中的無線網(wǎng)絡(luò)。

機(jī)器人團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)展望

雖然薩布卡爾特隆計(jì)劃中的機(jī)器人已經(jīng)可以相互聊天了，但研究人員的想法更加長遠(yuǎn)。他們希望能夠建造一個類似潛艇的水下互聯(lián)網(wǎng)中繼站，任何設(shè)備或是人都可以連接到上面，在使用同一種語言的情況下，獲取任何海域內(nèi)的所有傳感器、潛水器或是機(jī)器人上的數(shù)據(jù)。這樣，他們就能夠觀察整個水下世界，這將有助于研究氣候變化，監(jiān)測海底火山，或是搜尋失事船只，防止油輪泄漏等。那時，當(dāng)需要水下作業(yè)時，人們就再也不用耗費(fèi)人力物力去為現(xiàn)有的潛水器布設(shè)好幾千米的線纜了。

歐洲“日出項(xiàng)目”（Sunrise）的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)照此理想，研發(fā)出了一個小規(guī)模的無線網(wǎng)絡(luò)。2014年時，該團(tuán)隊(duì)在葡萄牙的波爾圖港用三個自主潛水機(jī)器人做實(shí)驗(yàn)。這些機(jī)器人能夠運(yùn)用聲納探測搜尋海床，還能對基地發(fā)出的指示作出回應(yīng)。短短20分鐘后，機(jī)器人們便找到了一個沉沒已久的集裝箱。同樣，在位于意大利西西里島附近海域，這些機(jī)器人的表現(xiàn)仍然出色。它們在那里發(fā)現(xiàn)了一艘古代的沉船。不久，團(tuán)隊(duì)還將經(jīng)受一次更大的考驗(yàn)，他們將組織一個擁有12個潛水機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)，以測試這些機(jī)器人能否與其他設(shè)備相互協(xié)作，完成指定任務(wù)。

用機(jī)器人來探索深海的前景無疑是美妙的，但如果需要在一望無際的公海上找尋失事的飛機(jī)，仍然有很多問題需要我們?nèi)ソ鉀Q。洶涌的海潮極易將機(jī)器人損毀，所以，制造出便宜的可替代的機(jī)器人也是很重要的一環(huán)。另外，不同海域的環(huán)境也有所不同，有的是大浪滔天，有的卻是平沙淺灘，有的幽暗渾濁，有的荒涼偏遠(yuǎn)。針對所處的環(huán)境不同，機(jī)器人們還必須夠聰明，知道適時切換不同的方式，來達(dá)到更有效地與伙伴們交流的目的。

困難雖然多，但科學(xué)家們迎難而上，進(jìn)步也很明顯。以前，水下機(jī)器人如需自我定位，只能重新浮出水面，要么接收定位衛(wèi)星的信號，要么搜尋定位浮標(biāo)發(fā)出的聲音脈沖來操作?，F(xiàn)在，科學(xué)家卻不想再給逐漸被開發(fā)的海洋帶去更多的噪音了，他們?nèi)コ艘话銤撍鞫紩鋫涞穆暡òl(fā)射器。他們希望，如果機(jī)器人能夠識別周圍繁忙的水運(yùn)航道上的聲音，或者哪怕是為了爭食海蝦而鬧得不可開交的海鳥叫聲，再通過這些附近的聲音，機(jī)器人就可以對自身的位置進(jìn)行大致的三角定位了。

同樣的，設(shè)備本身的能量續(xù)航也是重要的一環(huán)。薩布卡爾特隆計(jì)劃中的機(jī)器人可以通過浮在水面的一塊名為“睡蓮”的太陽能板來充電。不過，到了更深的海域，這個辦法就行不通了。對于這個問題，科學(xué)家正在試圖通過使用一種細(xì)菌燃料電池來解決。這種技術(shù)其實(shí)已經(jīng)成型，而且，這種依靠細(xì)菌降解污染物來產(chǎn)生能量的方法，還能給海洋探索帶來多一層的好處，那就是，當(dāng)機(jī)器人一邊完成任務(wù)時，還可以一邊把所到之處打掃得干干凈凈。

要實(shí)現(xiàn)這些很不容易，不過科學(xué)家已經(jīng)完成了許多雄心勃勃的壯舉。2014年，他們就已經(jīng)將41只水下機(jī)器人集合到一個池塘里，開始協(xié)作完成任務(wù)了；現(xiàn)在，在威尼斯?jié)暫锏膶?shí)驗(yàn)也即將開始。兩年之內(nèi)，這些機(jī)器人的規(guī)模還會擴(kuò)張，以便能夠完成針對更大范圍的搜索。總共150個！這是他們定下的目標(biāo)：“建立一支世界上最大規(guī)模的水下機(jī)器人搜索打撈隊(duì)！”