妙趣橫生的海底機(jī)器人

中國(guó)科學(xué)院 高峰

妙趣橫生的海底機(jī)器人

中國(guó)科學(xué)院 高峰

“潛龍二號(hào)”是我國(guó)首臺(tái)自主研發(fā)的4500米級(jí)自主水下機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)深海科考的多個(gè)“首次”。

“潛龍二號(hào)”全身金黃，有鰭有尾巴，全長(zhǎng)4.5米左右，活像一條放大版的熱帶魚(yú)。一般來(lái)說(shuō)，為了減少阻力，自主式潛水器大多設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)體式，像魚(yú)雷艇一樣。不過(guò)，這種造型主要適用于平坦的海底，如果遇到凹凸不平的地形，就需要把潛器的外表做得扁扁的，以減少它垂直面的阻力，讓潛器更容易回收。這種造型還能讓潛器具有很高的抗風(fēng)浪能力，即使在風(fēng)大浪高的海面上，它也可以像不倒翁一樣“站立”，不會(huì)“翻肚皮”。

作為一條科技含量頗高的人造“魚(yú)”，“潛龍二號(hào)”可謂全副武裝，渾身寶貝。

首先，它前后各配1對(duì)“魚(yú)鰭”，這是它的推進(jìn)器。這兩對(duì)水平舵就像魚(yú)的鰭一樣，確保潛器平衡，垂直的舵則像魚(yú)的背鰭，讓它在水中更自由地航行。

其次，“魚(yú)嘴”處安裝了一個(gè)前視聲吶，這讓潛器能看到前方的物體。左右的物體怎么看呢？用裝在“魚(yú)眼”部位的水平槽道推進(jìn)器，讓潛器左右水平移動(dòng)，再用“魚(yú)嘴”處的前視聲吶看。它的這種“看”主要是獲得海底地形地貌的連續(xù)數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)還原成圖像。當(dāng)然，要真正讀懂這些數(shù)據(jù)，需要回到母船后，由技術(shù)人員對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入處理，以得到精細(xì)的圖像。

再次，1米長(zhǎng)的“尾巴”上安裝了海底探測(cè)磁力儀。用它就能知道掃過(guò)的地區(qū)有沒(méi)有不活動(dòng)的熱液硫化物礦，有多少，三維結(jié)構(gòu)如何等。

“潛龍二號(hào)”配有一臺(tái)像素分辨率達(dá)3648×2736的照相機(jī)。相機(jī)還配備了閃光燈，可以每隔7秒鐘拍攝一張照片。每張照片都會(huì)與前后照片有20%的重合，以保證拍攝的“無(wú)縫”銜接，最終經(jīng)過(guò)處理，可以形成一張完整清晰的海底圖片。

“潛龍二號(hào)”身上的各種環(huán)境傳感器是它的“耳朵”，一系列智能算法是它的“大腦”。此外，它還“帶”了一些小物件。比如布放回收時(shí)用的牽引環(huán)、起吊鉤，與母船聯(lián)絡(luò)的聲通訊機(jī)、確定海底位置的長(zhǎng)基線信標(biāo)和頻閃燈、天線等。

一個(gè)潛器的工作流程分為布放—探測(cè)—回收。“潛龍二號(hào)”的智能化水平非常高。

第一步是入水。操作人員通過(guò)吊車把它放到水中，解除吊車和潛器之間的聯(lián)系后，它就開(kāi)始自己往指定區(qū)域下潛。如何下潛呢？一方面，潛器自身有重力；另一方面，它配有一塊重約25千克的下沉壓載鐵。依靠它，潛器下潛的速度可達(dá)每分鐘40米。

第二步是“遨游”。這要依靠它的“魚(yú)鰭”和“魚(yú)眼”處的推進(jìn)器?！皾擙埗?hào)”配有可運(yùn)行30小時(shí)左右的一次性電池組和運(yùn)行10小時(shí)的可充電式電池組。

在遨游過(guò)程中，“潛龍二號(hào)”會(huì)用測(cè)深聲吶、海底照相機(jī)、熱液異常探測(cè)系統(tǒng)等寶貝，對(duì)著事先規(guī)劃好的區(qū)域進(jìn)行拍攝或掃描。

如果遇到復(fù)雜的地形地貌，“潛龍二號(hào)”會(huì)主動(dòng)避險(xiǎn)。這靠的是它“魚(yú)嘴”處的前視聲吶。這是一種成像聲吶，就是把采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像，以此來(lái)識(shí)別障礙和周圍環(huán)境，采取避碰策略。解除危機(jī)后，“潛龍二號(hào)”會(huì)自動(dòng)回到原先規(guī)劃的線路繼續(xù)航行。

“潛龍二號(hào)”還會(huì)自己“看病”——通過(guò)集成的大量傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)損壞程度進(jìn)行自我檢測(cè)，并根據(jù)故障的等級(jí)采取不同的應(yīng)對(duì)方案。如果壞的地方影響任務(wù)，潛器就會(huì)自動(dòng)結(jié)束作業(yè)上浮回來(lái)；如果故障輕微，不妨礙作業(yè)，則可暫時(shí)帶“病”工作。

第三步是上浮。任務(wù)完成后，“潛龍二號(hào)”會(huì)自動(dòng)拋掉一塊重約23千克的上浮壓載鐵，讓潛器重量小于海水浮力，以每分鐘40米的速度上浮。

第四步是回收。當(dāng)“潛龍二號(hào)”上浮至海面后，它搭載的定位系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將位置發(fā)送給母船。操作人員可以用遙控器控制推進(jìn)器，讓它慢慢“游”到母船周圍，再通過(guò)掛鉤或拋繩回收到母船上。至此，“潛龍二號(hào)”的一次“海底遨游之旅”就算是完成了。