邱丹丹

（法國(guó)巴黎一大先賢祠索邦大學(xué)，巴黎 75006）

2016年，法國(guó)水下考古研究中心迎來(lái)了成立五十周年慶典。他們?cè)隈R賽歷史博物館舉辦了題為“海洋的記憶”大型回顧展。此次展覽除了呈現(xiàn)50年來(lái)法國(guó)水下考古工作的主要成就，更首次向公眾展示了法國(guó)深海考古“奔向月球”計(jì)劃的階段性成果及“海洋一號(hào)”（Ocean One）水下機(jī)器人。

1 法國(guó)水下考古研究中心

1966年，時(shí)任法國(guó)文化部部長(zhǎng)的馬爾羅（André Malraux,1901年9月1日—1976年11月23日）創(chuàng)建了法國(guó)海洋研究中心（DRASM），用以管理法國(guó)境內(nèi)涉及海洋文化遺產(chǎn)的保護(hù)與考古發(fā)掘。1996年，DRASM與成立于1980年的國(guó)家內(nèi)水考古研究中心（CNRAS）合并，成為今天的法國(guó)水下考古研究中心（DRASSM）。該中心隸屬于法國(guó)文化部，主要承擔(dān)保護(hù)、發(fā)掘、研究法國(guó)本土、海外省和專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的水下文化遺產(chǎn)的工作?？偛吭O(shè)于地中海畔的馬賽市。DRASSM現(xiàn)有40余名在職研究員、實(shí)驗(yàn)人員及行政人員。

自1966年至今，法國(guó)水下考古研究中心發(fā)掘或調(diào)查過(guò)的水下遺址、沉船從不到50處（艘），到今天法國(guó)本土超過(guò)2萬(wàn)處（艘），專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)介于15萬(wàn)至20萬(wàn)處（艘）。特別是最近20年，法國(guó)水下考古的遺址研究范圍不斷擴(kuò)大，從超過(guò)2.5萬(wàn)年的洞穴壁畫到“二戰(zhàn)”時(shí)期沉沒的軍艦，都被納入法國(guó)水下考古研究中心的發(fā)掘與保護(hù)范圍之中。

豐富的工作經(jīng)驗(yàn)及長(zhǎng)期積累的技術(shù)方法使法國(guó)水下考古研究中心走在了全世界水下考古界的前列。自20世紀(jì)80年代起，DRASSM被邀請(qǐng)或主動(dòng)參與世界多個(gè)國(guó)家或地區(qū)水下遺址的調(diào)查與發(fā)掘，包括美國(guó)、埃及、加蓬、利比亞、馬耳他、巴基斯坦、所羅門群島、文萊、菲律賓等，為其他國(guó)家與地區(qū)的水下文化遺產(chǎn)的保護(hù)提供了專業(yè)性意見。近年來(lái)，中國(guó)水下考古取得了令人矚目的成績(jī)，DRASSM也積極尋求與中國(guó)同仁的交流與互動(dòng)，2015年雙方簽訂了合作協(xié)議，以增進(jìn)相互間持續(xù)穩(wěn)定的多方式、多種類的交流與合作。

從20世紀(jì)80年代起，法國(guó)水下考古研究中心已開始嘗試在地中海的深海區(qū)域進(jìn)行沉船探測(cè)[1]86。Cap Bénat 4號(hào)沉船位于法國(guó)南部土倫港外海328 m深處。1977年，法國(guó)海軍潛水艇“格里芬”在執(zhí)行任務(wù)時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了該船。1981年，DRASSM利用法國(guó)海洋開發(fā)研究院（IFREMER）的潛水器Cyana對(duì)沉船進(jìn)行了一次快速考察。該遺址被350～400個(gè)安佛拉式罐覆蓋，整體長(zhǎng)15 m，寬5～6 m。此次考察中，Cyana成功取回了數(shù)件安佛拉式罐及其他器物[2]。隨著水下遙控潛水器和水下攝影測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，2015年Luc Long帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，對(duì)Cap Bénat 4號(hào)沉船重新進(jìn)行了測(cè)量，并著手制作3D模型[3]。

20世紀(jì)90年代之后，法國(guó)水下考古研究中心將深?？脊乓布{入了其工作日程[4]，與其他機(jī)構(gòu)和企業(yè)合作，不斷嘗試?yán)眯聝x器、新技術(shù)向深海遺址發(fā)起挑戰(zhàn)。在與技術(shù)部門和私人企業(yè)多年的磨合中，法國(guó)水下考古學(xué)家取得了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)深?？脊偶夹g(shù)需求更為明確，最終提出了必須要由考古學(xué)家來(lái)掌控水下機(jī)器人進(jìn)行深海發(fā)掘的目標(biāo)[1]88-89。在這一背景下，1977年發(fā)現(xiàn)的“月亮號(hào)”再次回到了法國(guó)水下考古學(xué)家的視野，不論是埋藏深度還是保存狀況，“月亮號(hào)”沉船都是進(jìn)行深海考古實(shí)驗(yàn)的最佳選擇。經(jīng)過(guò)5年的準(zhǔn)備，2012年“奔向月球”計(jì)劃成功立項(xiàng)。

2 “奔向月球”深?？脊庞?jì)劃

2.1 官方合作機(jī)構(gòu)

“奔向月球”深?？脊庞?jì)劃的核心是對(duì)“月亮號(hào)”進(jìn)行發(fā)掘，它沉沒于法國(guó)土倫港外一處深達(dá)90 m的海域，曾是路易十四統(tǒng)治前期法國(guó)海軍的重要戰(zhàn)艦。這項(xiàng)計(jì)劃由法國(guó)水下考古研究中心主導(dǎo)，與多家本國(guó)與他國(guó)科研機(jī)構(gòu)和私人企業(yè)共同合作，從發(fā)掘到出水物修復(fù)保護(hù)，探索與測(cè)試深?？脊潘璧陌l(fā)掘技術(shù)手段。這些機(jī)構(gòu)如下。

(1)法國(guó)海軍。法國(guó)水下考古研究中心多年來(lái)與法國(guó)海軍保持著密切的合作，從水下遺址的發(fā)現(xiàn)到設(shè)備的出借，法國(guó)海軍為水下考古提供了相關(guān)幫助。在“奔向月球”計(jì)劃中，法國(guó)海軍除了在船舶、人員方面給予協(xié)助外，2012年10月，他們還提供了新一代深海潛水服Newsuit，使考古學(xué)家可以親自在“月亮號(hào)”上發(fā)掘。

(2)法國(guó)海洋開發(fā)研究院（IFREMER）。作為法國(guó)水下考古研究中心最重要的合作機(jī)構(gòu)，法國(guó)海洋開發(fā)研究院長(zhǎng)期參與法國(guó)水下考古工作，特別是深海考古探查。在“月亮號(hào)”的發(fā)掘中，他們?yōu)榭脊抨?duì)提供了包括自主水下機(jī)器人AsterX在內(nèi)的水下機(jī)器設(shè)備。

(3)巴黎地球物理所下屬的海洋地球科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)。

(4)西班牙赫羅納大學(xué)高等理工學(xué)院的水下機(jī)器人研究中心（CIRS）、計(jì)算機(jī)視覺與機(jī)器人技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)（VICOROB）以及信息與應(yīng)用研究所。他們?yōu)榭脊湃藛T操作自主水下機(jī)器人“赫羅納500”對(duì)“月亮號(hào)”拍照并制作3D繪圖提供培訓(xùn)。2012年8月28日至30日完成第一批測(cè)量數(shù)據(jù)。

(5)國(guó)家高等先進(jìn)技術(shù)學(xué)院（ENSTA）。該學(xué)院三年級(jí)學(xué)生Maylis Garcia暫駐法國(guó)水下考古研究中心，完成“完全適用于水下考古學(xué)家特定要求的水下航行器的可行性”研究工作。

2.2 私人企業(yè)合作方

除此之外，長(zhǎng)期以來(lái)，法國(guó)水下考古中心還與多家私人企業(yè)保持合作。這些企業(yè)為DRASSM提供技術(shù)與資金支持。在“奔向月球”項(xiàng)目中，多家公司參與其中，包括：

(1)達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systèmes S.A）。作為一家法國(guó)軟件公司，達(dá)索系統(tǒng)主要從事3D設(shè)計(jì)軟件、3D數(shù)字化實(shí)體模型等業(yè)務(wù)，為航空、機(jī)械、電子等行業(yè)的軟件系統(tǒng)提供服務(wù)與技術(shù)支持。該公司為“月亮號(hào)”的發(fā)掘提供了3D虛擬現(xiàn)實(shí)模擬與采用實(shí)際發(fā)掘數(shù)據(jù)重建的3D模型。DRASSM的最終目標(biāo)是利用達(dá)索系統(tǒng)確?？脊艑W(xué)家可以完全自主地調(diào)查與分析深海沉船，而不需要專業(yè)技術(shù)人員協(xié)助或從旁操作。

(2)A-Corros公司。該公司是法國(guó)水下考古研究中心的傳統(tǒng)合作伙伴，主要為考古學(xué)家提供亞臨界方法處理出水金屬物。亞臨界方法是使液體具有近似瓦斯的特性，可以大大縮短穩(wěn)定金屬器物的時(shí)間。2001年美國(guó)克萊門森大學(xué)的Mike Drews首次將這一方法應(yīng)用到穩(wěn)定考古器物上。經(jīng)過(guò)論證，采用亞臨界方法可使原本長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的金屬物穩(wěn)定周期縮短到72 h。該公司已經(jīng)接手了“月亮號(hào)”出土的部分金屬品的處理工作，同時(shí)，DRASSM還與A-Corros合作籌建一臺(tái)2 m3的實(shí)驗(yàn)機(jī)器，用以處理大型出水金屬物，如艦載大型火炮等[1]96。

2.3 水下機(jī)器人團(tuán)隊(duì)

在“月亮號(hào)”發(fā)掘中最為重要的是水下機(jī)器人技術(shù)的試用。在“奔向月球”計(jì)劃中，主要的兩大水下機(jī)器人團(tuán)隊(duì)是：

(1)海事專業(yè)公司（Comex）。該公司是世界領(lǐng)先世界領(lǐng)先的工程，技術(shù)和水下機(jī)器人技術(shù)公司。從90年代以來(lái)，Comex多次參與到水下發(fā)掘之中，為法國(guó)水下考古學(xué)家提供機(jī)器人技術(shù)，如1990年，Sainte Dorothea號(hào)的發(fā)掘。這是一艘丹麥商船，1693年沉沒于靠近法國(guó)尼斯72 m深的海域[5]。此次，Comex公司提供水下遙控潛水器“Achille M4”型和微型潛艇“Rémora 2000”協(xié)助提取沉船上的樣本，并拍攝一部記錄“月亮號(hào)”發(fā)掘工作過(guò)程的影片。

(2)美國(guó)伍茲霍爾海洋學(xué)研究所。成立于1930年的伍茲霍爾海洋學(xué)研究所是美國(guó)最大的獨(dú)立海洋學(xué)研究所。其在“月亮號(hào)”發(fā)掘的工作內(nèi)容主要是利用兩個(gè)自主水下機(jī)器人“Remus 100”型，根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)沉船系統(tǒng)地進(jìn)行聲學(xué)與3D攝影，以便考古學(xué)家有可供隨時(shí)參考的精確到厘米，并標(biāo)有準(zhǔn)確沉積物位置的3D沉船圖像。

3 “月亮號(hào)”沉沒及發(fā)現(xiàn)始末

1639—1642年，“月亮號(hào)”建造于法國(guó)西南的南特或布雷斯特造船廠，隨后在法國(guó)皇家海軍服役。該艦全長(zhǎng)43 m，寬10 m，重800 t。這艘擁有雙層甲板的三桅戰(zhàn)船在使用初期位列一級(jí)巡防艦，參與了法國(guó)海軍一系列重要的海戰(zhàn)，但在1664年最后一次出航前，由于船體老化，設(shè)備陳舊，被降為三級(jí)軍艦。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，戰(zhàn)艦的服役年限一般在15年。“月亮號(hào)”在沉沒前已屬于“超期服役”。根據(jù)資料顯示，1647年，“月亮號(hào)”上配備有36門火炮。在1664年出發(fā)前往地中海南部時(shí)，裝備了48門火炮，350名船員，包括5名軍官、150名水兵及100名軍士①Institut fran?ais de la mer,Objet:Le destin d’une frégate du roi soleil,Fiche documentaire n° 4/12,p.4.。

17世紀(jì)的地中海，特別是北非沿岸，海盜活動(dòng)猖獗。各國(guó)海軍紛紛對(duì)其進(jìn)行圍剿，但收效甚微。1664年，為了打擊位于阿爾及利亞北部卡比利亞的海盜巢穴，法國(guó)海軍國(guó)務(wù)大臣柯爾貝爾（Jean-Baptiste Colbert，1619年8月29日—1683年9月6日）決意發(fā)動(dòng)吉杰勒遠(yuǎn)征（Expédition de Djidjelli），其目的是占領(lǐng)吉杰勒，構(gòu)建軍事堡壘，使其成為進(jìn)攻北非海盜的前沿陣地。這支由63艘軍艦、近9 000人組成的龐大遠(yuǎn)征軍于1664年3月在土倫港開始集結(jié)，7月2日離開土倫港向吉杰勒進(jìn)發(fā)。遠(yuǎn)征軍由達(dá)加涅伯爵加利安（Charles-Felix de Galéan，1620年—1700年1月6日）領(lǐng)導(dǎo)，然而國(guó)王的堂兄旺多姆公爵（Fran.ois de Bourbon-Vend.me,1616年1月16日—1669年6月25日）卻擁有最高決策權(quán)。這種復(fù)雜的指揮關(guān)系間接導(dǎo)致了此次遠(yuǎn)征的敗績(jī)。

遠(yuǎn)征軍遭遇了海盜的強(qiáng)烈抵抗，海盜甚至還得到了來(lái)自阿爾及爾的土耳其軍隊(duì)的支持。10月，戰(zhàn)事進(jìn)入膠著狀態(tài)，“月亮號(hào)”正是在這一時(shí)刻啟程前往戰(zhàn)區(qū)運(yùn)送補(bǔ)給。然而當(dāng)它于10月22日到達(dá)時(shí)，遠(yuǎn)征軍大勢(shì)已去，潰敗在所難免。10月30日，“月亮號(hào)”載著尚未卸載的補(bǔ)給裝備及救起的皮卡第軍團(tuán)約800名官兵，返回土倫。此時(shí)，船上人員總數(shù)近1 200名。

由于超載，“月亮號(hào)”老舊的船體在11月6日到達(dá)土倫時(shí)，已經(jīng)開始進(jìn)水，并且由于大量人員擠占空間導(dǎo)致無(wú)法維修。雪上加霜的是，土倫此時(shí)正遭受鼠疫的侵襲，海軍部決定讓包括“月亮號(hào)”在內(nèi)的4艘船到附近的波克羅勒島（?le de Porquerolles）隔離。盡管“月亮號(hào)”的指揮官提出了抗議，但海軍派來(lái)的兩名高級(jí)造船工卻認(rèn)為該船尚可進(jìn)行短距離航行?！霸铝撂?hào)”別無(wú)選擇，被迫前往波克羅勒島，最終在卡爾屈埃拉納（Carqueiranne）西南方被陣風(fēng)掀翻，“像一塊大理石一樣”沉入海底。此次海難導(dǎo)致約800人喪生，皮卡第軍團(tuán)的部分士兵在“月亮號(hào)”沉沒前被轉(zhuǎn)移至“麥格爾號(hào)”（Le Merc?ur），另有不到100名幸存者被跟隨“月亮號(hào)”的小型護(hù)衛(wèi)艦救起。

在之后長(zhǎng)達(dá)300多年的時(shí)間里，“月亮號(hào)”消失在了歷史的汪洋中，直到1993年5月15日，法國(guó)海洋開發(fā)研究院在土倫海域的卡爾屈埃拉納進(jìn)行潛水測(cè)試，潛水器“鸚鵡螺號(hào)”意外在90 m深處發(fā)現(xiàn)了一艘三桅沉船殘骸。在得到IFREMER通知后，法國(guó)水下考古研究中心隨即派人進(jìn)行實(shí)地考察探測(cè)，大量的水下照片證明該船保存相當(dāng)完好，部分船體覆蓋于海底沙體中，其應(yīng)該就是1664年沉沒的“月亮號(hào)”。第一次考察之后，DRASSM認(rèn)為以當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，尚不具備發(fā)掘的可能性，最好的辦法是原址保護(hù)，待時(shí)機(jī)成熟之時(shí)再使其重見天日。1994年1月27日，“月亮號(hào)”遺址范圍被劃為禁潛海域。1997年DRASSM再次派出潛水器對(duì)“月亮號(hào)”進(jìn)行探測(cè)，為最終的發(fā)掘計(jì)劃做進(jìn)一步準(zhǔn)備。2012年，“月亮號(hào)”重新在考古學(xué)家與公眾面前亮相。

4 “月亮號(hào)”的發(fā)掘與水下機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

2007年，在研究“奔向月球”計(jì)劃可行性的同時(shí)，為適應(yīng)日后裝配水下機(jī)器人及深?？脊旁O(shè)備的需要，法國(guó)水下考古研究中心投入設(shè)計(jì)了一艘新型考古科研船——“馬爾羅號(hào)”（André Malraux），替代自1967年服役的“考古螺號(hào)”。

4.1 “馬爾羅”號(hào)考古科研船

“考古螺號(hào)”科研船是法國(guó)第一艘專門用于水下考古調(diào)查和發(fā)掘的科研型船只，長(zhǎng)29.32 m，寬6 m，吃水深度2.6 m，排水量112 t，最大載人16人，包括5～9名船員。船上配備有一臺(tái)液壓起重機(jī)和雷達(dá)以及小型考古工作室等基本設(shè)備。該船1967年下水，在行政上其隸屬于法國(guó)文化部，交由法國(guó)水下考古研究中心（當(dāng)時(shí)的法國(guó)海洋研究中心）使用，但其船上設(shè)備與船只維護(hù)則是由法國(guó)海軍資助與支持。1997年，由于資金問(wèn)題，法國(guó)海軍不再為“考古螺號(hào)”提供設(shè)備，在被拆除所有設(shè)施后，考古船不得不提前退役。直到1998年6月，法國(guó)文化部找到一家私人機(jī)構(gòu)FOSELEV為船只裝配設(shè)備及提供養(yǎng)護(hù)，“考古螺號(hào)”才得以繼續(xù)出海。

然而隨著法國(guó)水下考古工作的日益繁重，“考古螺號(hào)”不可避免地顯出疲態(tài)、跟不上工作的腳步，并逐漸成為拖累法國(guó)水下考古研究中心的包袱?！啊脊怕萏?hào)’最主要問(wèn)題是它吞噬了幾乎所有DRASSM的預(yù)算，但卻無(wú)法離開馬賽，甚至連馬賽周邊海域都無(wú)法前往”，“它就是一艘不再適合發(fā)掘的老舊船只，大多數(shù)時(shí)候，它只被當(dāng)成餐廳使用”②Michel L’Hour,De L’Archéonaute à l’André Malraux,Portraits intimes et histoires secrètes de l’archéologie des mondes engloutis,Arles,Actes Sud,2012,pp.84.。因而，法國(guó)水下考古中心決定讓這艘見證了法國(guó)水下考古起步騰飛的“考古螺號(hào)”在2005年退役，以騰出預(yù)算建造一艘更符合現(xiàn)今和未來(lái)水下考古發(fā)展的新科研船。

2006年開始，DRASSM與馬賽的船舶設(shè)計(jì)公司Mauric一起探討新考古船的建造方案。法國(guó)水下考古研究中心的預(yù)期是建造一艘符合未來(lái)50年科研要求的船只。經(jīng)過(guò)3年的反復(fù)討論和研究，在征求了考古學(xué)家和船舶建造師及海軍、船員等外界人士的不同意見之后，最終設(shè)計(jì)方案在2009年交由位于拉西奧塔的H2X船廠建造?！榜R爾羅號(hào)”的總造價(jià)最終達(dá)到900萬(wàn)歐元。每年使用9～11個(gè)月，累計(jì)270～320天，每年30萬(wàn)～35萬(wàn)歐元使用費(fèi)。

“馬爾羅號(hào)”考古科研船具有復(fù)合塑料外殼，長(zhǎng)36.3 m，寬8.85 m，吃水3.2 m，排水量275 t，工作甲板面積達(dá)到70 m2。柴電推進(jìn)，可保證低速運(yùn)行下不堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)，最大速度設(shè)計(jì)為13節(jié)。由于使用了輕型材料，“馬爾羅號(hào)”最大限度地減少了船員人數(shù)（船員僅有5人，包括1名廚師），使科研隊(duì)伍人數(shù)得到極大地增加（可搭載最多26人的潛水及研究團(tuán)隊(duì)）。

該船在設(shè)計(jì)之初就是為了承載今后水下考古工作中使用的更多新科技與技術(shù)設(shè)備，因而“馬爾羅號(hào)”較之“考古螺號(hào)”增添了更多先進(jìn)儀器設(shè)備平臺(tái)及預(yù)留位，其艙內(nèi)工作空間也得以擴(kuò)大?！榜R爾羅”號(hào)具有一臺(tái)起重機(jī)和一臺(tái)重達(dá)6 t的龍門，用以起吊或牽引水下考古及測(cè)量設(shè)備。工作甲板上有信息處理、高壓氧艙、科學(xué)儀器等專屬位，并可停放6 t以下的小型潛水艇?！榜R爾羅號(hào)”在設(shè)計(jì)時(shí)特別提高了對(duì)船只穩(wěn)定性的要求，以便能適應(yīng)不同海況下的工作。特別是在深海發(fā)掘時(shí)，多臺(tái)設(shè)備同時(shí)下潛，需確保每臺(tái)設(shè)備電纜不會(huì)因波動(dòng)而互相糾纏。另外，“馬爾羅號(hào)”上的設(shè)備具有通用性和多功能性，可供不同科研團(tuán)隊(duì)同時(shí)在船上作業(yè)。

2012年1月24日，“馬爾羅號(hào)”正式交付法國(guó)水下考古研究中心，而其最重要的任務(wù)——“月亮號(hào)”的發(fā)掘也于同年3月份全面展開（圖1）。

4.2 “洋一號(hào)”水下機(jī)器人

經(jīng)過(guò)多年借用軍事或工程用水下機(jī)器人進(jìn)行考古發(fā)掘后，法國(guó)水下考古學(xué)家意識(shí)到這些機(jī)器人并不符合水下考古專業(yè)的作業(yè)要求。更重要的是，考古學(xué)家在現(xiàn)場(chǎng)提出的意見往往會(huì)被機(jī)器人的設(shè)計(jì)者或操控者視為非專業(yè)、不懂科技的表現(xiàn)。設(shè)計(jì)、使用一款能夠模擬人類動(dòng)作，進(jìn)行符合考古發(fā)掘規(guī)范發(fā)掘，且方便耐用，不需要專業(yè)人員在場(chǎng)，可由考古學(xué)家獨(dú)立操作的水下機(jī)器人就成為法國(guó)水下考古研究中心追求的目標(biāo)。美國(guó)斯坦福大學(xué)、KAUST的紅海研究中心與MEKA Robotics合作開發(fā)的Ocean One，隨之進(jìn)入了考古學(xué)家的視野。

Ocean One是一種雙手受力控制的人形機(jī)器人，在海洋環(huán)境中可提供實(shí)時(shí)直觀的觸覺交互。其最初的設(shè)計(jì)理念是創(chuàng)建一個(gè)身體具有高度自主權(quán)的機(jī)器潛水員，并可與人類專家通過(guò)直觀的界面互動(dòng)，其先進(jìn)的技術(shù)可使與其所處環(huán)境進(jìn)行交互[6]。法國(guó)水下考古研究中心在見過(guò)“海洋一號(hào)”的原型機(jī)后，對(duì)其表示出了濃厚的興趣。在這之后，斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與DRASSM不斷協(xié)商，最終確定了將“海洋一號(hào)”用于“月亮號(hào)”的發(fā)掘?qū)嶒?yàn)中，共同開發(fā)水下考古機(jī)器人。

在與法國(guó)水下考古研究中心的工作接觸中，“海洋一號(hào)”研究團(tuán)隊(duì)不斷改進(jìn)，建造出符合考古發(fā)掘要求的機(jī)器人。Ocean One是將替代人類考古學(xué)家完成在超過(guò)50 m深度的海域執(zhí)行調(diào)查發(fā)掘任務(wù)的機(jī)器人，它能夠完成人類潛水員的常見操作，包括器具組合、提取遺址樣品及遺物、清理沉船及遺址表面等，這對(duì)于機(jī)器人手精細(xì)動(dòng)作的要求極為苛刻。

在設(shè)計(jì)上，“海洋一號(hào)”集導(dǎo)航與雙向操作與立體視覺功能于一體。其下半身是高效的水下導(dǎo)航器，上半身則保留人形，通過(guò)觸覺-視覺界面與環(huán)境互動(dòng)③Idem,pp.22.。機(jī)身兩側(cè)各有4個(gè)推進(jìn)器，其中4個(gè)控制偏移和平移運(yùn)動(dòng)，4個(gè)用于控制垂直平移、俯仰和橫滾，其能夠保證單一推進(jìn)器發(fā)生故障時(shí)，其余推進(jìn)器仍可實(shí)現(xiàn)完全的機(jī)動(dòng)性?！昂Ｑ笠惶?hào)”的每條手臂有7個(gè)關(guān)節(jié)，采用的是符合7個(gè)自由度的電動(dòng)扭矩控制臂，具有極高的扭矩能力。同時(shí)，手臂上還裝有串聯(lián)彈性執(zhí)行器，可提供扭矩反饋，以增強(qiáng)接觸式操作的順應(yīng)性運(yùn)動(dòng)、力控制和安全性[7]。在斯坦福大學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，為了使Ocean One手指能夠更為靈活地抓取，他們拋棄了使用剛性?shī)A具的設(shè)計(jì)，而是采用更為柔和的、相對(duì)緊湊而輕便的三指系統(tǒng)[8]。這一系統(tǒng)在不降低手臂有效荷載的情況下，其幾何形狀可更好地獲得各種常見的抓握力，包括對(duì)框架或工具以及更細(xì)小的器物的精準(zhǔn)捏緊動(dòng)作。為了簡(jiǎn)化布線以及便于控制，“海洋一號(hào)”的雙手各使用1個(gè)單向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。整個(gè)機(jī)器人的重量控制在200 kg以下。

在操控方面，“海洋一號(hào)”的全身控制器依賴于通過(guò)彈性計(jì)劃和任務(wù)原始模塊生成的任務(wù)目標(biāo)。由彈性規(guī)劃允許實(shí)時(shí)修改路徑，以響應(yīng)環(huán)境中不可預(yù)見的變化[9]。全身控制器在處理約束，避免碰撞的同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和多觸點(diǎn)任務(wù)目標(biāo),使用宏——迷你高帶寬控制策略來(lái)協(xié)調(diào)身體的手臂運(yùn)動(dòng)。該實(shí)時(shí)控制器運(yùn)行具有1 kHz的感官反饋，可實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的高響應(yīng)性交互。手部的相互作用力通過(guò)安裝在每個(gè)手腕上的6個(gè)自由度力/扭矩傳感器來(lái)感應(yīng)。關(guān)節(jié)位置使用光學(xué)測(cè)量編碼器，同時(shí)使用慣性測(cè)量單元（IMU），深度傳感器估算身體的位置和方向和多普勒速度記錄（DVL）。這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)旨在允許人類用戶與機(jī)器人進(jìn)行交互，并使人類可在任何級(jí)別的抽象任務(wù)中進(jìn)行干預(yù)。一方面，觸覺設(shè)備將交互作用力直接輸出到全身控制器。機(jī)器人模仿操作員的動(dòng)作并分享操作員的感知，操作員同時(shí)，也看到和感覺到機(jī)器人所看所感；另一方面，機(jī)器人通過(guò)彈性規(guī)劃和原始任務(wù)模塊，自主執(zhí)行由操作員制定的計(jì)劃。接口設(shè)計(jì)利用兩個(gè)Sigma.7設(shè)備盡可能規(guī)避遠(yuǎn)程延遲，保證向用戶提供了高保真觸覺反饋[10]。

2016年，“海洋一號(hào)”正式機(jī)投入“月亮號(hào)”發(fā)掘?qū)嶒?yàn)中。在水中，Ocean One有3個(gè)遙控潛水器從旁協(xié)助：1臺(tái)中型工作級(jí)Perseo（配備有5kW LED照明系統(tǒng)）、1臺(tái)Sony高清專業(yè)攝像機(jī)、1臺(tái)用于靜止圖像拍攝的Nikon D810；位于Ocean One上方3 m處繩索上的、由LIRMM設(shè)計(jì)的倫納德研究平臺(tái)上，裝有向下看的攝像頭進(jìn)行跟蹤；阿喀琉斯?jié)撍饔糜趹?yīng)對(duì)額外攝影需求。在“馬爾羅”號(hào)控制室的操作員負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)水下洋流中4臺(tái)設(shè)備的間隔，并控制繩索的收放。

2016年4月在對(duì)“月亮號(hào)”遺址的測(cè)試中，4月11日，“海洋一號(hào)”首先被下放在海下15 m的地方，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。首先測(cè)試了Ocean One雙手在水中的操控力，包括操作1條繩索和抓住1個(gè)塑料箱子，它還成功與人類潛水員進(jìn)行了手勢(shì)互動(dòng)。4月12日，“海洋一號(hào)”下潛到“月亮號(hào)”遺址。由于洋流作用，Ocean One左手肘和前臂被卡在一門大炮之下，僅靠下半身的推進(jìn)器無(wú)法使其脫身。最后，在觸覺交互中，“海洋一號(hào)”成功使其手臂獲得自由。在返回“馬爾羅號(hào)”進(jìn)行檢測(cè)之后，4月15日，Ocean One重返“月亮號(hào)”，并最終成功在指定區(qū)域取回1個(gè)陶罐④Idem,pp.32.。

這是“海洋一號(hào)”在深海發(fā)掘中完成的首次測(cè)試。它的成功標(biāo)志著水下考古學(xué)家與機(jī)器人的合作進(jìn)入了新階段，機(jī)器人代替人類到條件更惡劣、更危險(xiǎn)的環(huán)境中工作，并達(dá)到考古學(xué)家的發(fā)掘水平；同時(shí)也證明機(jī)器人將實(shí)時(shí)的感官感受傳導(dǎo)反饋給人類的設(shè)想，已不再是遙不可及的夢(mèng)想。

5 結(jié)束語(yǔ)

“奔向月球”計(jì)劃作為一項(xiàng)首次由考古學(xué)家主導(dǎo)的大型深?？脊虐l(fā)掘?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目，參與機(jī)構(gòu)、企業(yè)眾多，涉及多個(gè)學(xué)科，特別是世界領(lǐng)先的深水機(jī)器人技術(shù)。他們都在考古學(xué)家的指揮下，不斷磨合前進(jìn)，共同探索，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)掘深海遺址提供了寶貴的實(shí)例與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)中國(guó)深?？脊盘剿饔兄匾慕梃b意義。