点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:我国研发的自主水下机器人首次完成北极科考
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

我国研发的自主水下机器人首次完成北极科考

来源:人民日报2021-10-25 09:48

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  本报记者 吴月辉

  历经1.4万海里、79天的风浪考验,中国第十二次北极科学考察队圆满完成了任务。日前,随着“雪龙2”号科考船缓缓停靠上海国内基地码头,科考队成员邵刚连日来紧绷着的神经也逐渐放松。

  在这次科考中,他和3名同事负责的“探索4500”自主水下机器人(以下简称“探索4500”)表现出色,成功完成北极高纬度海冰覆盖区的科学考察作业。这也是我国首次利用自主水下机器人在北极高纬度地区开展近海底科考应用,其成功下潜获取的宝贵数据资料,将为北极环境保护提供重要的科学支撑。

  科考人员在甲板上做布放准备。中国科学院沈阳自动化研究所供图

  首闯北极

  为应对极地恶劣环境,科技人员对它进行了一系列的技术升级、改造

  邵刚是中国科学院沈阳自动化研究所的副研究员,这是他第一次参加极地科考。和他一样,“探索4500”也是第一次出征极地。

  沈阳自动化研究所主持研制的“探索4500”,外观酷似一条“大黄鱼”。和普通的无人水下机器人相比,“探索4500”的自主能力更强。

  沈阳自动化研究所副研究员李阳告诉记者:“相较于遥控水下机器人,‘探索4500’没有缆线与母船连接,不需要人工干预就能够实现自主航行和执行探测,续航时间更长,工作范围也更大。”

  尽管“探索4500”本领已足够强大,但要去极地恶劣环境闯荡,科研人员们还是不太放心。在出发前,他们又对它进行了一系列的技术升级、改造,全面提高了系统的可靠性。

  在极地高纬度地区,科考母船会因为风、流等相互作用发生位移,致使水下机器人的布放和回收难以在一个相对固定区域内实现,冰层也会阻碍母船和水下机器人之间的通信。“这些都要求水下机器人拥有自主导引能力,能够准确接收母船指令,并根据自身设备的状态调整运行轨迹,在回收过程中逐渐向母船靠拢,从而实现自动、安全回收。”邵刚介绍。

  针对此次北极科考工作区高密集度海冰覆盖的特点,科研团队创新性地研发了声学遥控和自动导引相融合的冰下回收技术,确保“探索4500”连续下潜成功,并能安全回收。邵刚说:“我们还增加了应急信标,用于潜器上浮后卡在冰层下或肉眼无法确定位置时,进行较为准确的方向定位。”

  此外,科研团队还对“探索4500”的故障处理流程进行了优化,让它自主判断自身当下的状态,从而做出决策。“机器人在持续工作一段时间后,就能够像我们人类一样感觉自己身体状态如何。”邵刚说,“如果觉得自己‘精神头’还不错,就会继续干活;如果觉得不太好了,它就会立即向我们发出求救信号,我们马上会去帮助它。”

  经受考验

  极地天气瞬息万变,“探索4500”布放和回收都很安全

  虽然已经做好了充分的准备,但极地天气瞬息万变,科考队员们和“探索4500”在北极还是经历了意想不到的困难和考验。

  在一次作业前,原定的下潜区域气温骤降,风雪交加,能见度非常差。“当时,我们母船距离这个工作区有十几海里,在航行过程中我一直非常忐忑,担心无法正常完成设备布放。”邵刚回忆。

  当母船到达下潜区域时,天气开始转晴,但之前的降温和暴风雪让海面迅速结冰,水域范围比之前缩小了很多,给机器人的布放和回收增添了极大的困难和风险。

  机器人无处下“脚”,科考任务时间紧迫又不能耽误,怎么办?最后,邵刚和同事们决定利用母船进行破冰,人工开辟了一块可以布放水下机器人的水域环境。邵刚说:“破冰开出的水域范围非常小,其实不利于我们对水下机器人的回收。幸运的是,最终我们完成了布放与安全回收,也证明了‘探索4500’具备在极地恶劣环境下开展科考应用的能力。”

  极地海洋的许多区域长年被海冰覆盖,对海冰特征和冰下海域进行考察是极地考察的重要组成部分。沈阳自动化研究所副所长李硕介绍,极地科考一直是水下机器人发展的重点方向。近些年来,沈阳自动化研究所先后有4种类型6台套无人水下机器人参加了8次极地科考,为我国极地科考作出了重要贡献。

  “自主水下机器人在极地科考中主要承担三方面的任务。”李阳说,“一是对浮冰的观察和探测,了解其厚度、状态以及运动情况等;二是测量水体参数,包括水的深度、温度、盐度等;三是进行海底地形地貌的精细探测,在此基础上也可以发现海底的一些矿产资源。”

  传统的海冰考察方法,是在海冰上钻孔,这种方法效率比较低,而且获得的数据有限,具有很大的局限性。自主水下机器人则不受海冰的影响,可以到达一些人无法到达的区域,更大范围、更大深度以及更长时间地进行科学考察。而且,取样灵活准确,有助于提高采集样品的质量,增加样品采集数量。

  “科考人员可以通过水下机器人上安装的摄像机、照相机以及成像声呐等成像设备,直观地观察极地的水下世界。”李阳说。

  李硕说:“本次将自主水下机器人应用于北极科考任务,让我们更加了解科学家们对于智能机器人技术的需求。科研团队将以此为起点,将技术创新与科学需求紧密衔接,不断优化和升级,为今后开展北极科考更大面积的探测作业提供更加智能的技术手段,助力科学家获得更多有价值的数据和信息。”

  “探索4500”自主水下机器人回收过程中。中国科学院沈阳自动化研究所供图

  功能先进

  可达万米之深,可到几千公里之远,应用领域越来越广泛

  早在20世纪70年代,一些国家就开始研发用于极地考察的无人水下机器人,目前已有多种类型,主要包括遥控式(有缆)和自主式(无缆)两种。

  李阳介绍,我国从20世纪80年代开始进行水下机器人的研发,当时沈阳自动化研究所是主要的研发单位之一。“但极地科考水下机器人的飞跃发展主要是在近10多年,这期间我们先后研发出‘海极号ROV’‘北极ARV’和‘探索AUV’等水下机器人,参加了多次极地科考,都实现了成功应用。”

  近年来,面向国家重大需求,沈阳自动化研究所一直致力于推动水下机器人的谱系化发展,如今从深度上已经实现了从水面到水下1.1万米全覆盖,航程上也实现了几公里到几千公里全覆盖。“我们团队主要还是侧重于无人水下机器人的研发与应用,目前我国无人水下机器人在主要功能和性能指标方面,都已经达到国际先进水平。”李阳说。

  随着水下机器人谱系化发展,其应用领域也越来越广泛,面临的作业环境也越来越极端和复杂。李阳告诉记者,除了极地外,目前他们还在青藏高原的高原湖、太平洋的马里亚纳海沟持续开展科学考察。“这些都是非常极端和复杂的环境,对无人水下机器人的自主控制技术提出了很高的要求。我们需要在有限的空间搭载更多的传感器,这对总体的布局和电池的兼容性都提出了重大挑战。”

  未来,世界自主水下机器人的发展将朝着更智能化的方向发展,具备更强的环境适应性和更强的协同作业能力。

  “我们原来的自主水下机器人大多是属于预编程式的,在下水之前科研人员已经提前给它预设好程序,告诉它目标和行走的路径。”李阳表示,将来随着智能化的发展,人为介入将越来越少,自主水下机器人会变得越来越聪明,发挥的作用越来越大。

[ 责编:战钊 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 今年前6个月西部陆海新通道班列运量同比增长76.9%

  • 贵州榕江:送别抗洪抢险救援队伍

独家策划

推荐阅读
2025全球数字经济大会2日在北京开幕。除收录标准的优势外,东壁全球科技文献数据平台还根据中国科技界与教育界的习惯,对所收录期刊进行了学科分类。
2025-07-04 09:55
超材料是一类具有特殊性质的人造材料,而具有热辐射性能的超材料可以把多余的热量“打包”传递到外界,热辐射超材料可广泛应用于零能耗辐射冷却、建筑节能降温、航天热控等诸多重要领域。
2025-07-04 09:53
中国科学院院士、海南大学生物医学工程学院教授骆清铭团队成功绘制出了小鼠三维脑区和立体定位图谱
2025-07-04 09:52
7月4日,神秘的水星将迎来东大距,这是今年第二次水星东大距,观测条件依然不错。
2025-07-04 09:51
科学是生产力的核心要素。
2025-07-04 09:50
钙钛矿太阳能电池因成本低、效率高、易加工等优势备受关注,可应用于光伏发电、车载光伏、光伏建筑等领域。
2025-07-03 09:59
目前,对于10厘米以上大型空间碎片,航天器通常采用主动规避的策略,通过轨道调整,避开可能的碰撞路径。
2025-07-03 09:58
6月26日,中国民航局官网发布公告,提到为切实保障航空运行安全,自2025年6月28日起,禁止旅客携带没有3C标识、3C标识不清晰、被召回型号或批次的充电宝乘坐境内航班。
2025-07-03 09:56
药膳制作师既要懂烹饪,是餐厅的大厨,又要懂中医药理论知识,特别是能够作为食药物质的中药材。
2025-07-03 09:55
运动有助于健康和抗衰老。但究竟是什么让运动有这种奇效呢?我国研究团队历时6年,首次系统解析了人体对急性单次运动与长期规律运动的分子-细胞动态响应谱,揭示肾脏是运动效应的关键应答器官——其内源代谢物甜菜碱作为衰老延缓的核心分子信使,通过靶向抑制天然免疫枢纽激酶TBK1,协同阻遏炎症并缓解多器官衰老进程。
2025-07-03 05:20
近日,四川乐山一小伙感觉身体不适独自乘出租车前往医院就诊,途中开启“超强自救”模式:联系妈妈告知情况、打110报警求助、打120告知医院准备急救。如果长期处于焦虑引起的躯体化障碍状态,患者会反复出现头痛、心慌、呼吸急促、胃肠紊乱、肢体疼痛、睡眠问题等。
2025-07-02 10:06
使用人工智能大模型时,不少人或许都遇到过类似问题:它们有时会捏造细节,甚至“一本正经地胡说八道”。当“喂给”大模型的训练数据包含虚假信息时,它就会产生“幻觉”、给出错误答案。
2025-07-02 10:05
中国国际航空公司所属的国产C909客机平稳降落在蒙古国乌兰巴托成吉思汗国际机场,标志着国航首条C909国际航线正式开通。早8时许,这架C909客机从呼和浩特起飞,经过1个多小时飞行抵达乌兰巴托。
2025-07-02 10:03
农业是国民经济的基础,农业领域形成新质生产力是国民经济形成和发展新质生产力的基础和“底盘”。 农业新质生产力是通过提升劳动者素质、优化劳动资料和创新利用劳动对象,实现全要素生产率的显著提高。
2025-07-02 10:01
团队基于卫星遥感数据构建了1988年至2021年青藏高原30米分辨率人工草地数据集,明确了青藏高原主要的人工草地类型及其时空分布特征,并揭示了青藏高原人工草地的迅速扩张及其驱动机制。
2025-07-02 09:59
屠光绍认为,金融机构在应用人工智能时必须在服务投资人与消费者之间寻求平衡,避免AI鸿沟,坚守金融服务大众的初心。鲍建敏倡导构建产学研深度融合、开放共赢的人工智能金融生态体系,搭建跨机构、跨领域的协同创新平台。
2025-07-01 10:13
6月30日,2025温布尔登网球锦标赛在英国伦敦拉开大幕,引发球迷关注。在草地球场,球的速度更快且弹跳不规则,比赛回合较短,发球就成为球员们的重要“武器”。红土球场并不是天然土壤,而是分层分布着碎砖粉、白色碎石灰石、碎石等。
2025-07-01 10:09
7月1日起,医保定点医药机构在销售药品时,必须按要求扫药品追溯码后方可进行医保基金结算;2026年1月1日起,所有医药机构都要实现药品追溯码全量采集上传。步,进入国家医保局微信公众号主页,点击服务、药品追溯信息查询,进入查询页面;或进入国家医保局微信公众号消息对话页,点击医保服务、药品追溯信息查询,进入查询页面。
2025-07-01 10:09
记者从国家航天局获悉,7月1日,该局发布行星探测工程天问二号探测器在轨获取的地月影像图。(国家航天局供图)  月球全色图,由天问二号探测器的窄视场导航敏感器于2025年5月30日15时拍摄,经辐射校正处理后制作而成。
2025-07-01 10:08
龙芯中科近日正式发布基于国产自主指令集龙架构研发的服务器处理器龙芯3C6000系列芯片、工控领域及移动终端处理器龙芯2K3000/3B6000M芯片以及相关整机和解决方案。
2025-07-01 10:06
加载更多