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

  • 山西运城:花海春色

  • 星空相册丨春分悬日

独家策划

推荐阅读
“遥感是人们在距离和感官上的延伸,是认知地球、探查资源、监测环境的重要技术手段。本次活动由全国科学道德和学风建设宣讲教育领导小组主办,中国科协科学技术传播中心、湖南省科学技术协会、中南大学、光明网联合承办。
2026-03-20 09:42
每年春季,花粉过敏会给不少人带来困扰。该检测试剂盒采用微量血清特异性洋白蜡花粉过敏原IgE定量检测,用以辅助诊断,成为目前用于花粉症精准诊断的主要方法。
2026-03-20 09:39
3月18日,记者从新疆电力交易中心有限公司获悉,自2010年启动“疆电外送”以来,新疆累计外送新能源电量已达3043.6亿千瓦时,约占总外送电量的三成。
2026-03-20 09:39
吕小康:从现实语义上看,情感AI既指能够识别、理解、模拟和响应人类情感的人工智能技术,也指基于这类技术设计和开发的情感智能体。吕小康:为引导青年群体健康使用情感AI,还需要进一步加强协同治理,培育积极有益的陪伴型人工智能应用环境。
2026-03-20 09:36
据3月17日农情调度,全国早稻育秧已三成半,同比略快。据介绍,北方冬小麦当前的田管重点是继续促进弱苗转化升级,抓好病虫防控,防范春旱、倒春寒、干热风等灾害。“近日国家启动投放1000余万吨氮磷及复合肥储备,作为国家化肥储备重要承储主体,全国供销合作社系统农资企业积极按要求将储备化肥及时集中投放市场,稳定市场价格。
2026-03-20 09:36
小时候我们背过一句话:万物由原子组成。这一路走来,从质子的异常,到夸克模型的提出,再到量子色动力学和标准模型的建立,人类把物质拆解到了17种基本粒子的层级。曾获国家六部委回国人员成就奖、德国洪堡研究奖、吴有训物理奖、中国科学院优秀研究生导师奖。
2026-03-20 09:35
吴晓民(右一)团队在野外工作。藏羚羊曾广泛分布于高原全境,其漫长的演化史与复杂的种群波动,始终是全球动物保护与演化生物学领域关注的焦点。研究团队还通过生态位模拟,锁定了藏羚羊的生命庇护所——青藏高原北部的可可西里、羌塘高原等区域。
2026-03-19 10:11
通知明确,各城市群应优先选择具备条件的燃料电池汽车、绿色氨醇、氢基化工原料替代、氢冶金以及掺氢燃烧等应用场景开展试点,积极探索氢能创新应用场景,形成“1个燃料电池汽车通用场景+N个工业领域应用场景+X个创新应用场景”的氢能综合应用生态。通知要求,氢能综合应用试点以城市群为主体开展申报,城市群应立足自身资源条件,因地制宜、宜氢则氢,避免各场景一拥而上、低水平重复建设。
2026-03-19 10:10
2026中关村论坛年会将于3月25日至29日在北京举办。
2026-03-19 10:04
日前发布的《中国地热产业发展报告2025》显示,我国地热产业多元化利用格局正在形成。在地热供暖发展带动下,我国地热产业规模长期稳居世界第一。
2026-03-19 10:00
由于土豆块茎外形粗陋、埋于地下,又不见于《圣经》,一度被殖民者视为“魔鬼之根”或带毒之物。另一方面,随着城市扩张与人口增长,粮食压力加剧,土豆因高产、耐寒、适宜在小块土地种植而被人们重视。
2026-03-19 10:00
作者:刘琦 仇焕广(分别系中国人民大学助理教授,辽宁大学党委常委、副校长)  今年《政府工作报告》提出,“推进先进适用农机装备研发应用,打通农业科技推广‘最后一公里’”。
2026-03-19 09:59
为此,生态环境法典针对重点流域、重要生态单元设置专门规范,明确长江、黄河等重点区域一体化保护要求,建立协同机制。生态环境法典第三编第六章“生态退化的预防和治理”,整合水土保持法、防沙治沙法的有关规定,分为水土保持、防沙治沙两节。
2026-03-18 09:38
“‘两弹一星’不是孤立的科技突破,而是面向国家需求‘从0到1’的科技创新。本次活动由全国科学道德和学风建设宣讲教育领导小组主办,中国科协科学技术传播中心、安徽省科学技术协会、安徽农业大学、光明网联合承办。
2026-03-18 09:27
对于1型糖尿病患者而言,胰腺中那些负责分泌胰岛素、调节血糖的胰岛β细胞,被自身免疫系统错误地当成了“入侵者”,日复一日地遭受攻击,直至彻底损毁。这3个病例,分别代表中国乃至全球再生医学领域的3个“首次”——世界首例自体、中国首例异体、世界首例青少年再生胰岛移植治疗1型糖尿病。
2026-03-18 09:27
记者3月17日从国家能源局获悉,2026年1至2月,全社会用电量累计16546亿千瓦时,同比增长6.1%。从分产业用电看,第一产业用电量223亿千瓦时,同比增长7.4%;第二产业用电量10279亿千瓦时,同比增长6.3%,其中,工业用电量同比增长6.4%,高技术及装备制造业用电量同比增长10.6%;第三产业用电量3231亿千瓦时,同比增长8.3%,其中,充换电服务业、互联网数据服务业用电量增速分别达到55.1%、46.2%。
2026-03-18 09:26
当前,以家庭农场、农民合作社、龙头企业为代表的新型农业经营主体已成为“强农兴村”的中坚力量,发展成效显著。夯实联农带农长效机制,还需构建多层次、可落地的政策环境,让农业经营主体有动力、有能力、有底气带动小农户共同增收。
2026-03-18 09:26
在成都温江区,骑行爱好者李先生沿着北林绿道前行,穿梭在虫鸣鸟叫、淡淡花香之中。”  一幅幅充满生机的新春图景,正是成都加快建设践行新发展理念的公园城市示范区的生动注脚。
2026-03-18 09:26
分享几个故事,一起走进地球科学的世界。
2026-03-16 18:39
工业和信息化部、财政部、国家发展改革委日前印发《关于开展氢能综合应用试点工作的通知》。通知提出,通过城市群试点,将氢能应用场景由燃料电池汽车向交通、工业等具备条件的多元领域拓展。
2026-03-17 09:35
加载更多