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

  • 我国首条民营控股高铁客流破亿

  • 内蒙古阿尔山:多彩活动激活“清凉经济”

独家策划

推荐阅读
当地时间24日,世界气象组织在日内瓦为中国工程院院士、中国气象局卫星气象专家许健民颁发第七十届国际气象组织奖,表彰他为天气预报、卫星气象事业以及气象业务服务作出的卓越贡献。
2026-06-26 09:28
来自英国伦敦国王学院与加拿大麦克马斯特大学衍生公司Block Biosciences等机构的科学家,正在研制一类靶向IMPDH2酶的候选药物。团队已设计并合成了数百种靶向IMPDH2的候选药物,正从中层层筛选最优化合物,力争尽快推向临床开发。
2026-06-26 09:26
6月25日,以“弘扬伟大抗疫精神 走好疾控新长征路”为主题的2026年“我和我的疾控故事”宣讲会在中国疾病预防控制中心举办。中国疾病预防控制中心性病艾滋病预防控制中心综合防治与政策室主任单多的故事,要从一双生了冻疮的手讲起。
2026-06-26 09:23
届链博会期间,贸促智库交流活动暨全球供应链报告与指数发布会在京举办。2018—2025年,促进指数、连接指数、创新指数、韧性指数均呈上行态势,表明全球供应链继续朝着更具韧性、更有效率、更富活力的方向发展。
2026-06-26 09:20
需要看到,保护耕地是推进乡村全面振兴、建设宜居宜业和美乡村的重要组成部分,广大农民是保护耕地的重要行动主体。
2026-06-26 09:19
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
事实上,天气预报从来不是一成不变的“标准答案”,而是一门在复杂大气运动中不断逼近天气真相的科学。但我们必须正视:天气预报是一门预测科学,天气系统的复杂性,是全球气象领域共同面临的世界级难题。
2026-06-25 09:28
AI的介入,正在将控制“人造太阳”从一门依赖经验和试错的手艺,提升为一门可计算、可预测、可自主优化的科学。
2026-06-25 09:31
瑞士巴塞尔大学科学家研制出一款多功能纳米递药机器人,由推进模块和有效载荷模块构成,两种模块可重复使用,并能够自行组装。
2026-06-24 09:58
从“双链贯通”升级为“四链融合”,折射出中国推动科技创新与产业创新深度融合的有力步伐。
2026-06-24 09:48
该成果通过改善帕金森患者最难治疗的行走障碍,开启了个性化神经调控新篇章。
2026-06-24 09:47
国家卫生健康委23日印发《营养指导员服务技术指南(试行)》,针对营养指导员提出营养监测与调查、膳食营养状况评价、营养咨询与指导、营养配餐、营养科普教育等五方面工作的技术能力要求。
2026-06-24 09:46
国家粮食和物资储备局23日发布的最新数据显示,随着夏粮陆续收获上市,旺季收购正逐步展开。
2026-06-24 09:44
瑞典哥德堡大学和查尔姆斯理工大学研究团队在人工智能(AI)应用方面取得新成果,教会一款名为SmartTrap的AI系统使用光学镊子,从而让光镊实现了全自动运行。光镊是一种利用高度聚焦的激光束来操控微小物体的技术,其操作对象包括单个DNA分子、活细胞以及其他直径远小于发丝的微观粒子。
2026-06-23 09:40
“十五五”规划纲要提出,建立健全数据产权、流通利用、收益分配、安全治理等数据要素基础制度。
2026-06-23 09:38
上午9时,随着小浪底水利枢纽3个闸门徐徐升起,巨大水流喷涌而出,在空中形成层叠奔涌的排浪,轰鸣着冲向水面——2026年度黄河调水调沙正式启动。
2026-06-23 09:35
加载更多