我国水下机器人亟待乘势加快发展

水下机器人,潜龙二号,深渊科考,海洋科学,

今年以来,由中科院沈阳自动化所自主研制的深海自主水下机器人“潜龙二号”和自主遥控混合式水下机器人“海斗”号先后成功完成试验性应用,前者取得我国大洋热液探测的重大突破,后者在我国首次万米深渊科考航次中成功应用,最大下潜深度10767米。据了解,我国水下机器人技术已达到国际先进技术水平,但与发达国家相比,仍存在成果应用慢、生态体系建设差距大等问题,宜乘势而上,从战略高度加快发展新一代水下机器人。

 水下机器人助力海洋科学

中国工程院院士、自动化所研究员封锡盛介绍说,30多年来,自动化所相继研究出我国首台水下机器人、我国首台6000米无缆自主水下机器人、我国首台极地科考水下机器人等产品,广泛应用于海洋科学、深海资源勘测、援潜救生等领域。

2012年,其参与研制的我国第一台“蛟龙”号载人潜水器在7000米级海试中打破世界同类型载人潜水器最大下潜深度,意味着该潜水器可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域工作。其先后研制出的6000米自主水下机器人“CR-01”、“潜龙一号”,“潜龙二号”,为确定中国大洋协会海底勘探区和制定开采计划发挥重要作用。

“潜龙二号”运用了多项创新技术:首次采用基于前视声呐的避碰控制方法,大大提高了避碰障碍物能力;首次在AUV上安装了磁力探测传感器,实现了近海底高精度磁力探测;采用测深侧扫声呐水下实时信号处理技术,实现了深海近海底高精细地形地貌快速成图。与“蛟龙”号相比,“潜龙”系列没有电缆牵引,也无人乘坐,可真正实现自主导航、自主作业以及自我保护,活动范围更大,成本更低。

“潜龙二号”总设计师刘健说,“潜龙一号”“潜龙二号”这两台应用型水下机器人的成功研制,标志着我国自主水下机器人技术达到了国际先进水平,对提高我国深远海资源开发利用规模与水平,具有现实意义。

我国首台万米水下机器人“海斗”号,在我国第一次综合性万米深渊科考即“探索一号”船航次中,成功获得了2条9000米级和2条万米级深渊垂直剖面的温盐深数据,为研究海斗深渊水团特性的空间变化规律和深渊底层洋流结构,以及万米无人/载人潜水器的设计提供了宝贵的基础资料。

 技术到应用面临“几道坎”

据了解,目前我国水下机器人技术先进,但可应用产品还很少,先进技术水平转化成实际应用相对缓慢,对海洋开发等方面都有所影响。

专家表示,一是当前对水下机器人发展理念不一,缺乏顶层规划。目前国内的很多部门和单位从各自角度陆续提出和研发了多型水下机器人原理样机,呈现了万马奔腾大发展的态势。但由于各单位之间缺乏沟通了解,很多原理样机所解决的关键技术都是低水平的重复,浪费了科研经费。

二是研发到产业化及应用面临断层。“国外做完的东西可以马上用,用完了检验哪个地方不合适,马上改,已形成了一个良性的迭代关系,而我们现在产品少,应用机会少,美国一台自主水下机器人年潜数可达几百次,‘潜龙一号’只有几十次。长此以往,可能和国外技术差距逐渐拉大。”刘健说。

封锡盛院士指出,我国水下机器部分单机性能与国外差不多,但生态体系建设相差甚远。国外在水下机器人方面,已经形成研究、设计、制造、应用、服务、科普、比赛、教育和人才培养的体系,已经建立了独立工业部门,形成从材料、零部件、整机、配套系统到专用船舶等产业链。“而我国还大多是科研机构主导研发,企业参与很少。”

三是关键零部件研发和人才储备存在问题。“‘潜龙二号’在本体、控制器、载体结构都是我们自己研制的,但高精度传感器、核心的导航定位,主要依靠进口,这是我们和国外的一大差距。”刘健说。

海洋技术装备研究室主任李硕说,水下机器人的发展与能源、传感器、控制、通信、人工智能等密切相关。此外,由于与海水介质接触,低密度、高强度的材料以及密封、防腐等也是水下机器人特有的技术。实现水下机器人向更深、更远、功能更强的目标发展,关键技术的研究必须先行。当前技术人员也难满足应用保障需要。“一次出海试验保障机器运行至少要派十几个人,一去就是100多天,主要负责人都要求去,有时候根本派不出人。”

 抢抓机遇攻坚新一代

专家表示,水下机器人是建设海洋强国、捍卫国家安全和实现可持续发展必需的利器。我国水下机器人研制经过多年追赶,部分技术已与国外看齐,亟待进一步整合产业链条资源,积极推动水下机器人成果转化,应对新一代全海深、全海域、组合化水下机器人研发。

一是整合资源,带动多学科联合攻关。水下机器人涉及智能控制、机械与结构、通信与网络、模式识别、声呐技术等十余个学科,建议从顶层规划好我国水下机器人的发展,形成体系化和系列化的发展态势。

二是加强转化,进一步把水下机器人技术转变成生产力。封锡盛、刘健等专家建议,科研院所研制的是工程化的实用样机,距离成熟的市场化产品还有一段距离,况且水下机器人产品技术含量高、投入大、风险高。因此有必要建立应用为导向、企业为主导、院所为支撑的产业化体系,使新技术、新装备能快速形成产品投入应用。

三是精准定位,重点支持无人化、智能化、信息化等水下机器人研发,规划形成水下机器人产业。封锡盛院士介绍,科学家目前对未来水下机器人革命的预测是:水面和水下机器人相混合,就叫混合机器人,“可以是一体,也可以是模块化的组合,或者多台机器人混合,大家还能通过水面机器人联系起来,可以和空中、地面机器人共同开展工作。”

专家建议,宜鼓励、引导借助先进的信息、电子、传感器、材料以及智能控制等技术,大幅提升单体水下机器人的环境感知能力、自主决策能力及作业能力,在实现单体水下机器人技术重大突破基础上,快速发展机器人集群技术,形成水下机器人产业。

加载更多>>
责任编辑:闫月

chengguo123@wokeji.com

010-68516618