【2016 年度盘点】鲜为人知的“黑科技”之水下机器人

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原标题：【2016 年度盘点】鲜为人知的“黑科技”之水下机器人

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自古以来，人类一直在致力于海底世界的探索。从神秘炫酷的军事潜水艇到集高科技于一身的水下机器人，海底工业革命一直在悄悄地进行着。而近日美国的无人潜航器事件，又进一步掀开了水下机器人的面纱。那么这种无人潜航器到底又是什么东西呢？

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无人潜航器又被称为“潜水机器人”或“水下机器人”，你可以把它理解为水下无人机，有军用跟民用之分。按照操控的方式，它可以分为遥控型（ROV）和自主型（AUV）两种。ROV 是拴在宿主舰船上，由操作人员持续控制；AUV 则是可经过编程航行至一个或多个航点，自带电能，不用缆线。美军在 2014 年搜寻马航客机残骸出动的“金枪鱼”（下图）就属于 AUV。

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但是这两种类型的无人潜航器（UUV）同样都会涉及到包括仿生、智能控制、水下目标探测与识别、水下导航（定位）、通讯、能源系统等六大技术。所以说，水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，有着极高的门槛。因此它也一直停留在军工领域，消费级的产品也是近几年才陆续出现。

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某种程度来讲，“下五洋捉鳖”比“上九天揽月”更加困难，因为水下机器人想要走向水底，首先需要解决的就是机器人在水下“存活”的问题，对其硬件水平有很高的要求。除了要保持机器的密闭之外，还要做到防腐蚀、抗水压。此外要想机器人能平衡的在水下嬉戏，还需要保持其重心跟浮心处在同一位置。

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而直接影响机器人智能水平的，则是其控制技术——机器人的大脑和神经中枢系统。它是各种人工智能技术跟控制技术的集成。在机器人于水下探测和识别出目标后，它能做出有效的资源管理和反馈。

当前市面上我们看到的水下机器人大多还只是“机”和“电”的结合，是一个机电系统，只能叫做“水下智能机器“，还不是“水下智能机器人”。不过，随着深度学习技术的发展，水下机器人的智力也在不断地提高。

就目前来看，水下机器人只是一个延长人类手臂的工具。既然是工具，收集数据跟资料便是其重中之重。这其中就涉及到通讯技术，目前主流的水下机器人通讯方式主要有光纤通讯（主要应用于 ROV）、水声通讯（主要应用于 AUV）。光纤通讯主要是由光端机（水面）、水下光端机、光缆三部分组成。其优点是数据率高（100Mbit/s），有很好的抗干扰能力；缺点是限制了水下机器人的工作距离和可操纵性，因为一般都是带缆线的。

由于水下机器人的工作区是在水域内，所以市面上的产品也基本都是采用仿生技术设计。以下我们就来盘点下国内外的仿生水下机器人。

Ocean One

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Ocean One 来自于斯坦福机器人实验室，是一款人形水下机器人，身高 5 英尺。它的背面安装了计算单元、电池、推进器，能像真人一样游泳。使用人工智能和触觉反馈系统，向终端传递机器人所持东西的感受，可以实现水下打捞等工作。

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龙虾机器人

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这款机器人由美国人约瑟夫·艾尔斯（Joseph Ayers）发明，目前该仿生机器人已在东北大学海洋科学中心为美国海军进行试验研究，它可以探测水下矿藏。触须用来探测环境中的障碍物，8 条腿可以向任何方向移动，爪子和尾巴可使其保持稳定。

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珠宝机器鱼

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上图中的珠宝机器鱼体长 1.5 米，由英国埃塞克斯郡大学设计，可持续勘测 8 小时，能够自动上报勘测位置的变化，并且无线传输勘测数据，西班牙海岸将增添 4 只这样的机器鱼负责巡逻工作，搜寻水中的污染物质。

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机器水母

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这款机器水母由德国费斯托工程公司设计，通过内置在圆顶结构中的 11 个红外线发光二极管，可以彼此之间进行沟通联系，该公司使用机器水母测试大规模工程故障是否可以通过许多小型机器人系统制作来完成。

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Liquid Robotics Wave Glider

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Glider 依靠浪潮和太阳能提供驱动能量，最高时速可达 5.5 公里。其主要由漂浮在水面和在水底穿行的两个部件组成。水面部件长约 3 米，包含太阳能电池板和船载传感器系统；水下的部件可以利用浪潮产生推进力。Glider 既可以独立运行，也可以在整合进舰队里实时传输数据，可在无需任何燃料的情况下运行一整年。Glider 目前的行程已经超过 100 万公里，在经历了飓风等极端天气之后依然可以运行良好。

白鲨 MAX

这个水下机器人由 公司制造，在硬件方面，白鲨 MAX 采用了全固态推进系统与九轴平衡运动系统，同时也攻克了电机在低转速下的闭环控制难题，因此可实现机器人的水下姿态的精确调整。其续航 2 小时，最大可以下潜到 100 米水深，支持 200 万像素视频录制，在舱底还设有多功能悬挂点，可以附载 3D 摄像头、声纳、机械手、光纤等设备。

FiFish 飞行鱼

这款消费级水下机器人产品由 推出，最大下潜深度为 100 米，推进器采用了定制的 DC 无刷电机，穿梭于海底间，最快速度达到 2m/s。此外，它还搭载了 162 度超广角镜头和 180 度摄像头云台，支持 4K 视频分辨率。

除此之外，还有很多有趣的水下机器人，比如 SeaDrone、OpenRov Trident、MidWest ROV 等，只是他们的外观并非是采用仿生设计。

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相关数据显示，到 2020 年中国无人潜航器的市场规模就能达到 800 亿元人民币级别，军用无人潜器的市场也将达到 300 亿元规模。在民用无人潜器方面，面向企业的市场将有 430 亿元，其中搜索救援类达 60 亿元，安全监测类达 137 亿元，调查研究类达 3.7 亿元。面向个人的“潜水伴侣”类无人潜器，也有 60 亿元的市场空间。

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目前，水下机器人主要于水产养殖、水下结构勘查、水底残骸估测、救援、环境生态监测、水下摄影等领域。比如，在 2011 年的日本海啸后，就有使用大量的水下机器人帮助水产行业恢复；德国则是把“海獭”水下机器人用于近海石油调查、通信线路检查、军事应用以及深海探测打捞等。

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虽然目前的水下机器人并非能像人一样进行独立地、全面地思考与执行，但是通过人工智能的深度学习，也能帮助人们解决很多棘手的问题。只是应用到消费领域，目前的价格还是相对昂贵。如果未来有高质、低成本的解决方案进入市场的话，相信该领域会有一个井喷式的发展。

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图片来源于网络

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