在這次科考中，他和3名同事負(fù)責(zé)的“探索4500”自主水下機器人（以下簡稱“探索4500”）表現(xiàn)出色，成功完成北極高緯度海冰覆蓋區(qū)的科學(xué)考察作業(yè)。這也是我國首次利用自主水下機器人在北極高緯度地區(qū)開展近海底科考應(yīng)用，其成功下潛獲取的寶貴數(shù)據(jù)資料，將為北極環(huán)境保護(hù)提供重要的科學(xué)支撐。

邵剛是中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的副研究員，這是他第一次參加極地科考。和他一樣，“探索4500”也是第一次出征極地。

沈陽自動化研究所主持研制的“探索4500”，外觀酷似一條“大黃魚”。和普通的無人水下機器人相比，“探索4500”的自主能力更強。

沈陽自動化研究所副研究員李陽告訴記者：“相較于遙控水下機器人，‘探索4500’沒有纜線與母船連接，不需要人工干預(yù)就能夠?qū)崿F(xiàn)自主航行和執(zhí)行探測，續(xù)航時間更長，工作范圍也更大。”

盡管“探索4500”本領(lǐng)已足夠強大，但要去極地惡劣環(huán)境闖蕩，科研人員們還是不太放心。在出發(fā)前，他們又對它進(jìn)行了一系列的技術(shù)升級、改造，全面提高了系統(tǒng)的可靠性。

科考人員在甲板上做布放準(zhǔn)備。 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所供圖

在極地高緯度地區(qū)，科考母船會因為風(fēng)、流等相互作用發(fā)生位移，致使水下機器人的布放和回收難以在一個相對固定區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)，冰層也會阻礙母船和水下機器人之間的通信?！斑@些都要求水下機器人擁有自主導(dǎo)引能力，能夠準(zhǔn)確接收母船指令，并根據(jù)自身設(shè)備的狀態(tài)調(diào)整運行軌跡，在回收過程中逐漸向母船靠攏，從而實現(xiàn)自動、安全回收?！鄙蹌偨榻B。

針對此次北極科考工作區(qū)高密集度海冰覆蓋的特點，科研團(tuán)隊創(chuàng)新性地研發(fā)了聲學(xué)遙控和自動導(dǎo)引相融合的冰下回收技術(shù)，確?！疤剿?500”連續(xù)下潛成功，并能安全回收。邵剛說：“我們還增加了應(yīng)急信標(biāo)，用于潛器上浮后卡在冰層下或肉眼無法確定位置時，進(jìn)行較為準(zhǔn)確的方向定位?！?/span>

此外，科研團(tuán)隊還對“探索4500”的故障處理流程進(jìn)行了優(yōu)化，讓它自主判斷自身當(dāng)下的狀態(tài)，從而做出決策?！皺C器人在持續(xù)工作一段時間后，就能夠像我們?nèi)祟愐粯痈杏X自己身體狀態(tài)如何。”邵剛說，“如果覺得自己‘精神頭’還不錯，就會繼續(xù)干活；如果覺得不太好了，它就會立即向我們發(fā)出求救信號，我們馬上會去幫助它。”

雖然已經(jīng)做好了充分的準(zhǔn)備，但極地天氣瞬息萬變，科考隊員們和“探索4500”在北極還是經(jīng)歷了意想不到的困難和考驗。

在一次作業(yè)前，原定的下潛區(qū)域氣溫驟降，風(fēng)雪交加，能見度非常差?！爱?dāng)時，我們母船距離這個工作區(qū)有十幾海里，在航行過程中我一直非常忐忑，擔(dān)心無法正常完成設(shè)備布放?！鄙蹌偦貞洝?/span>

當(dāng)母船到達(dá)下潛區(qū)域時，天氣開始轉(zhuǎn)晴，但之前的降溫和暴風(fēng)雪讓海面迅速結(jié)冰，水域范圍比之前縮小了很多，給機器人的布放和回收增添了極大的困難和風(fēng)險。

機器人無處下“腳”，科考任務(wù)時間緊迫又不能耽誤，怎么辦？最后，邵剛和同事們決定利用母船進(jìn)行破冰，人工開辟了一塊可以布放水下機器人的水域環(huán)境。邵剛說：“破冰開出的水域范圍非常小，其實不利于我們對水下機器人的回收。幸運的是，最終我們完成了布放與安全回收，也證明了‘探索4500’具備在極地惡劣環(huán)境下開展科考應(yīng)用的能力?！?/span>

極地海洋的許多區(qū)域長年被海冰覆蓋，對海冰特征和冰下海域進(jìn)行考察是極地考察的重要組成部分。沈陽自動化研究所副所長李碩介紹，極地科考一直是水下機器人發(fā)展的重點方向。近些年來，沈陽自動化研究所先后有4種類型6臺套無人水下機器人參加了8次極地科考，為我國極地科考作出了重要貢獻(xiàn)。

“自主水下機器人在極地科考中主要承擔(dān)三方面的任務(wù)?！崩铌栒f，“一是對浮冰的觀察和探測，了解其厚度、狀態(tài)以及運動情況等；二是測量水體參數(shù)，包括水的深度、溫度、鹽度等；三是進(jìn)行海底地形地貌的精細(xì)探測，在此基礎(chǔ)上也可以發(fā)現(xiàn)海底的一些礦產(chǎn)資源。”

傳統(tǒng)的海冰考察方法，是在海冰上鉆孔，這種方法效率比較低，而且獲得的數(shù)據(jù)有限，具有很大的局限性。自主水下機器人則不受海冰的影響，可以到達(dá)一些人無法到達(dá)的區(qū)域，更大范圍、更大深度以及更長時間地進(jìn)行科學(xué)考察。而且，取樣靈活準(zhǔn)確，有助于提高采集樣品的質(zhì)量，增加樣品采集數(shù)量。

“科考人員可以通過水下機器人上安裝的攝像機、照相機以及成像聲吶等成像設(shè)備，直觀地觀察極地的水下世界?！崩铌栒f。

“探索4500”自主水下機器人回收過程中。 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所供圖

李碩說：“本次將自主水下機器人應(yīng)用于北極科考任務(wù)，讓我們更加了解科學(xué)家們對于智能機器人技術(shù)的需求。科研團(tuán)隊將以此為起點，將技術(shù)創(chuàng)新與科學(xué)需求緊密銜接，不斷優(yōu)化和升級，為今后開展北極科考更大面積的探測作業(yè)提供更加智能的技術(shù)手段，助力科學(xué)家獲得更多有價值的數(shù)據(jù)和信息。”

未來，世界自主水下機器人的發(fā)展將朝著更智能化的方向發(fā)展，具備更強的環(huán)境適應(yīng)性和更強的協(xié)同作業(yè)能力。

“我們原來的自主水下機器人大多是屬于預(yù)編程式的，在下水之前科研人員已經(jīng)提前給它預(yù)設(shè)好程序，告訴它目標(biāo)和行走的路徑?！崩铌柋硎荆瑢黼S著智能化的發(fā)展，人為介入將越來越少，自主水下機器人會變得越來越聰明，發(fā)揮的作用越來越大。