海洋珊瑚智能保育設(shè)備概念設(shè)計(jì)

作者闡述：珊瑚礁是地球生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一，聯(lián)合國教科文組織于2022年4月啟動緊急計(jì)劃，旨在保護(hù)珊瑚礁世界遺產(chǎn)。本設(shè)計(jì)以海洋珊瑚礁智能保育設(shè)備為研究對象，對目前常見的珊瑚園藝式養(yǎng)殖保育過程中的用戶行為、設(shè)備、環(huán)境等進(jìn)行調(diào)研和分析，基于UCD設(shè)計(jì)理念，從安全性、可靠性、包容性、便利性出發(fā)，構(gòu)建了海洋珊瑚智能保育設(shè)備概念設(shè)計(jì)模型，創(chuàng)新性地提出同時滿足人員氧環(huán)境和珊瑚水環(huán)境的“雙環(huán)境”方案，同時整合機(jī)械手、智能技術(shù)等對珊瑚殘枝或斷肢的收集、傳輸、種植、苗圃置放等進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，解決了人員潛水作業(yè)的不便，避免了可能面臨的危險，珊瑚保育的環(huán)境需求也得到較好保證。

導(dǎo)師點(diǎn)評：珊瑚礁被喻為“海底綠洲”，珊瑚礁的生態(tài)健康是海洋中生物多樣性的重要保證。然而，由于自然環(huán)境的變化導(dǎo)致全球范圍內(nèi)珊瑚礁出現(xiàn)明顯退化，部分區(qū)域的珊瑚覆蓋率急劇下降，因此，開展珊瑚礁保護(hù)和修復(fù)工作迫在眉睫。在過去的十幾年里，珊瑚移植在珊瑚礁修復(fù)中扮演著重要的角色，是珊瑚礁修復(fù)的主要手段。 通過大量的文獻(xiàn)研究，并實(shí)地考察了自然資源部海洋第三研究所珊瑚保育館，總結(jié)出目前珊瑚保育中主要存在的問題有：保育員水下作業(yè)需背負(fù)沉重裝備，行動不便，氣瓶所能維持的時間有限；潛水時因氣壓變化可能產(chǎn)生DCS癥狀，潛水員無法連續(xù)多次 作業(yè)；隨時可能遭遇危險海洋生物；遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)運(yùn)時維持珊瑚苗物理環(huán)境的條件有限；陸地上的珊瑚養(yǎng)殖規(guī)模有限，珊瑚培育模塊也相對較小。對此，提出融合智能技術(shù)的珊瑚保育設(shè)備概念設(shè)計(jì)，創(chuàng)新理念主要包含：自主實(shí)現(xiàn)珊瑚苗（珊瑚殘枝/珊瑚斷枝） 的收集、保育員種植作業(yè)環(huán)境的切換、無人自主完成苗圃的安置固定、充當(dāng)珊瑚保護(hù)區(qū)的警示。分別設(shè)置4個功能模塊： 1.種植模塊。主要進(jìn)行珊瑚苗的收集和采集工作，由駕駛員在艙內(nèi)通過操縱桿操作外部機(jī)械手臂完成珊瑚殘枝的拾取/珊瑚斷枝的鉗取等動作，機(jī)械手臂通過滑動槽配合將珊瑚苗放入收集艙內(nèi)，機(jī)械手臂未工作狀態(tài)為線性回收狀態(tài)。2.傳輸模塊。主要進(jìn)行珊瑚苗的傳輸工作，將其從艙外傳輸至艙內(nèi)操作臺。為保證設(shè)備水下密封性，通過雙艙置換設(shè)置將收集到的珊瑚苗傳輸入艙內(nèi)。3.種植模塊。主要進(jìn)行珊瑚苗的種植工作，由保育員記錄珊瑚苗編碼及生長數(shù)據(jù)，并依據(jù)珊瑚苗的生長情況和生長趨勢將其固定于種植艙內(nèi)的苗圃架上。 4.置放模塊。主要將珊瑚苗圃架放置并固定于海床上，苗圃滿載后由設(shè)備進(jìn)行投放并固定。苗圃四個支撐腳與通電磁吸模塊相吸，利用纜線控制實(shí)現(xiàn)平行投放，利用電鉆工作原理實(shí)現(xiàn)苗圃架的遠(yuǎn)程打樁固定。造型設(shè)計(jì)充分考慮了功能的實(shí)現(xiàn)和珊瑚保育員全過程作業(yè)要求，設(shè)備前端應(yīng)確保保育員的觀察視野不被遮擋，同時考慮海水壓力，采用球狀透明聚碳酸酯（PC）材料。為便于保育員進(jìn)出艙門方便，艙門與船體之間的距離不宜過大，以滿足基本的人機(jī)尺寸為宜。在艙門附近增設(shè)浮板，并加裝燈帶，當(dāng)設(shè)備停泊在海面時，可以起到警示作用，也有助于保育員進(jìn)出攀爬，色彩以富含科技感的銀色和黑色為主。 本設(shè)計(jì)為珊瑚保育提供了新的探索方向，對改善珊瑚保育的人工作業(yè)環(huán)境、提高珊瑚保育的質(zhì)量和效率有一定的借鑒作用，具有一定的社會價值和現(xiàn)實(shí)意義。