□文/于海斌

海洋強國需要水下機器人

□文/于海斌

雖然近年來中國在工業(yè)機器人、服務機器人、家庭機器人等領域取得了較大的突破和發(fā)展，但是水下機器人的開發(fā)和起步落后國外有30年之久。因此，包括沈陽自動化所在內(nèi)的許多科研機構(gòu)都在這方面做了很多工作，但水下機器人的發(fā)展仍然沒有形成規(guī)?；?，也沒有發(fā)揮它們應有的作用，與國外相比還有很大差距。

海洋是非常重要的，黨的十八大提出，我國要建設成為海洋強國。人類大多數(shù)都生活在陸地上，可是海洋占到整個地球表面積的71%，從資源的角度看海底蘊藏資源也十分豐富，包括礦產(chǎn)和能源等等。

但同時，開發(fā)海洋是非常困難的一件事，因為海洋資源處于非常極端的環(huán)境。國際經(jīng)濟開發(fā)署發(fā)現(xiàn)，我們有千億桶原油在海洋里，分布的這些資源大部分都處于深海當中。而處于中間的海洋階段是一個最大的、復雜的生態(tài)系統(tǒng)，基因、蛋白和新的化合物都在這里，卻沒有很好地被發(fā)掘和發(fā)現(xiàn)，但其占比又非常高。

潛龍二號

海洋也在運輸方面發(fā)揮了很大作用，風能和其它能源分布都有很多，但如何去開發(fā)它是目前面臨的一個巨大問題。海洋石油的開發(fā)越來越走向深海，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)到了水下三千米深的地方。

與國外依然有差距

對于開發(fā)深海資源，除了船舶和海石油鉆井平臺之外，很重要的便是開發(fā)水下自主機器人。

這是中國要走向深海不可回避的選擇，海洋熱液噴口周邊有很多豐富的生物資源和基因資源，海溝里面還有很多情況人類也都不曾了解。為此，國際上放了很多海洋浮標，但是這些浮標基本上都是處于不動的狀態(tài)，所以分布起來還是很困難。

水下機器人的分類有很多，一種就是由人操控的機器人（HOV），另一種是人不操控，但是地面上可以遙控的機器人（ROV），還有一種是自主式水下機器人（AUV）。

在水下機器人的發(fā)展中，有不少標志性的事件。1964年，美國的ALVIN HOV就下潛到了6500米；1966年，無人遙控的CURV ROV誕生；到了1995年，日本海溝號（KAIKO ROV）機器人也面世了，并且下潛到了11000米。這種發(fā)展實際上是有次序的，從技術上看，有人操作的水下機器人更容易實現(xiàn)。

于海斌 中國科學院沈陽自動化研究所所長

被稱作“歷史上最成功的潛艇”的阿爾文（ALVIN）潛艇

在水下機器人要完成任務是非常困難的，其物理條件遠遠落后于地面對機器人工程化的程度，如果談智能化，可能就更加遙遠了。目前，ROV已經(jīng)實現(xiàn)工程化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也相對穩(wěn)定，對水下作業(yè)活動發(fā)揮了很大的作用。而AUV是一個新興的領域，在最近五年，AUV也有了較大發(fā)展，但是還沒有形成產(chǎn)業(yè)，而是個性化定制的比較多。就像各式各樣的服務機器人，新概念的水下機器人層出不窮，但是并沒有形成產(chǎn)量。

從技術角度談，水下機器人涉及的領域比陸上機器人更復雜一些，涉及到海洋環(huán)境、機械技術和海洋工程，其軟件和硬件都十分復雜。我們可以看到，水下機器人的主要研發(fā)機構(gòu)都是一些海洋大國，也是經(jīng)濟技術比較發(fā)達的國家。

總體來看，中國水下機器人的開發(fā)落后國外三十年左右，國外已經(jīng)走了七十年的歷程。中科院沈陽自動化研究所對水下機器人的研究是從1970年開始的，在1986年，中科院沈陽自動化研究所研發(fā)的水下機器人已成功下海。我國主要的水下機器人研發(fā)團隊基本處于沿海地帶，但內(nèi)陸有些大學和研究所也在做這樣的工作?，F(xiàn)在我國水下機器人研發(fā)工作基本加速完成了這七十年的過程，但是與國外相比還有很大差距。

通過國際合作掌握技術

可以說，我國對于水下機器人的研發(fā)工作首先是從中科院沈陽自動化研究所的首席科學家蔣新松院士開始的。從AUV早期的實驗床一直到2013年4500米的潛龍二號，而6000米的水下機器人在2012年就已經(jīng)實現(xiàn)工程化。目前，ARV最近的進步是最大的。2016年7月29日，由中科院沈陽自動化研究所研制的“海斗”號全海深自主遙控水下機器人已經(jīng)下潛到了萬米深淵的馬里亞納海溝。

之后，中科院沈陽自動化研究所開始走上國際合作的階段，最具標志性的有三臺設備。最早跟美國合作的是300米的ROV，可用于救援的工作；與俄羅斯合作的CR-01 6000米的水下機器人；還有一個是和意大利Sonsub合作的水下機器人。通過這些合作，我們逐漸掌握了工程技術，也走到了一個相對自主發(fā)展的階段。

由于地球表面的71%被海洋所覆蓋，所以從整體來看我國水下機器人發(fā)展進步很大，但是并沒有把所有的輔系都填滿。這么多機器人還處于定制化的階段，主要是工程需求，其并沒有形成產(chǎn)業(yè)的跡象。

從“有人”到“無人”

未來的水下機器人發(fā)展方向從“有人”到“無人”，未來是“自制”的，并沒有提太多的“智能”。水下機器人研發(fā)要比陸地的研發(fā)難度大很多，因為海洋環(huán)境惡劣，所以水下機器人研發(fā)對工程化進度要比其他落后一些。

那么，水下的資源有這么多，我們更需具備足夠多的裝備去挖掘。因此，水下機器人的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?。水下機器人研發(fā)難度主要體現(xiàn)在極端環(huán)境下的應對，包括能源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、基礎設施都變得很困難，探測的能力就更不用說了。

我國的水下機器人以每年超過20%的速度增長。關于海洋科學的研究，無論是ROV、還是AUV，科技發(fā)表的論文數(shù)均在增長。因此，從這幾個角度來說，需求是在不斷增加的。在南北極的極端環(huán)境下怎么做？水下機器人獨立自主操作的能力和高度的智能性，我們把它放到了需求的最頂層。

總之，無人的水下系統(tǒng)將替代有人的系統(tǒng)，這是一個大的發(fā)展趨勢，更是探索和開發(fā)海洋的利器。

（根據(jù)作者近期演講整理，未經(jīng)本人確認）

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