走向极地大洋 ▏“智”探极地深海

走向极地大洋 ▏“智”探极地深海

海洋孕育了生命、联通了世界、促进了发展。接近90%的海面之下，是超过1000米的深海。由于技术手段的限制，人类对深海和极地等区域的了解十分有限。水下机器人能够在极端海洋环境下工作，到达人类难以到达的海区，在探索人类未知世界中发挥着越来越重要的作用。

目前，我国自主研发系列水下机器人成功应用于深海、海斗深渊、极地领域，极大地提高了我国深海科学研究与深海资源勘探水平——

“悟空号”全海深无人潜水器完成马里亚纳海沟“挑战者”深渊万米挑战。

水下机器人有不同的种类。自主水下机器人（AUV）依靠自带能源进行自主航行，可执行大范围探测任务，但作业时间、数据实时性、作业能力有限。有缆遥控水下机器人（ROV）依靠脐带电缆提供动力，水下作业时间长、数据实时、作业能力较强，但作业范围有限。近年来发展的混合式水下机器人——自主/遥控水下机器人（ARV）结合了 AUV和 ROV的优点，自带能源，通过光纤微缆实现数据实时传输，既可实现较大范围探测，又可实现水下定点精细观测及轻作业。

国际上，水下机器人研究已有近70年的历史。以美国为代表的西方发达国家，先后研发了 ROV、AUV、ARV，以及水下滑翔机等多种不同类型的水下机器人，并成功应用于深海资源调查、海洋科学考察、水下搜索救捞等领域。

“水下机器人技术的发展，离不开需求牵引，在应用中推动技术进步。”李智刚介绍，目前，国外的 ROV已实现产业化并被广泛使用，其发展更强调作业能力，以及提高其作业的自主性。由于水下能源、通信和导航技术的约束，AUV依然是国外当前研究的热点，并且正在经历产品化的过程，系列化的产品不断涌现。ARV技术在极地和深渊科考中的应用，有效拓展了 AUV的应用领域。

我国的水下机器人研究工作始于20世纪70年代末期。进入21世纪，在科学技术部、自然资源部、中国科学院等部门和单位的支持下，科学家们成功研制了“潜龙/探索”系列自主水下机器人、“海星/海龙/海马”遥控水下机器人、“海斗”系列自主遥控水下机器人、“海翼/海燕”系列水下滑翔机等深海技术装备，并开展了应用，初步构建了面向海洋科学研究的自主观测与作业技术体系，开启了我国海洋科考新模式。

“海燕”水下滑翔机布放作业。

从深海到极区

2009年，科学技术部、国家海洋局联合印发《国家深海高技术发展专项规划（2009—2020年）》，该规划提出进一步强化对深海高新技术领域发展的指导和部署，将深海潜水器技术与装备作为重大项目列入其中。

“十二五”时期，在成功研制“蛟龙号”载人潜水器取得重大应用突破后，我国重点研制4500米级载人潜水器、深海作业系统、自主潜水器（自主水下机器人）和水下滑翔机，提高自主研发能力，提高装备的国产化率，构建了中国4500米级的深海装备体系，使我国具备了4500米级深海综合探查和作业能力。

2015年，我国成功研制出了一套具有水体异常探测、微地形地貌测量、海底照相、磁力探测等能力，可实现复杂海底地形下多种资源大范围、全覆盖作业的“潜龙二号”AUV。2016年3月，“潜龙二号”圆满完成中国大洋40航次应用任务。这是我国首次使用中国自主知识产权的 AUV开展洋中脊热液区大洋探测任务，获得了珍贵数据和洋中脊近海底高分辨率照片，是中国大洋热液探测的重大突破。

在此基础上，我国于2018年成功研制出“潜龙三号”AUV。2019年，“潜龙三号”完成大洋第52航次科考任务，开启了AUV与母船深海装备的“点、线、面”协同作业新模式，极大提高了母船作业效率。

“潜龙二号”自主水下机器人作业现场。

南北极部分海域常年被海冰覆盖，为科学家在此开展海洋调查带来了极大困难，目前我国的冰下考察技术手段仍很缺乏，传统方法是考察队员通过冰面打钻进行探测，不仅效率低，也存在一定危险性。

水下机器人被公认为是在极区海洋开展大范围、大深度、长时间综合考察的有效技术手段。

2018年，我国成功研制“探索4500”AUV，并于2021年应用于中国第12次北极科学考察，完成了北极高纬度海冰覆盖区科学考察任务。这是中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。

在中国第35次南极科学考察中，我国自主研制的“探索1000”AUV成功获得南极海域的海洋要素数据，验证了南极环境下自主导航、稳定航行、自主安全潜浮等功能和性能。在中国第36次南极科学考察中，“探索1000”完成了垂直剖面的连续观测，获得了大量水文探测数据，为我国水下机器人南极科学考察业务化运行奠定技术基础。

向智能化跨越

近年来，我国水下机器人技术研发与科考应用能力有了长足的进步，多项技术装备填补了国内空白，部分技术达到国际先进水平。面向深海资源勘查、海洋科学研究等国家重大需求，构建了谱系化技术装备体系，引领了我国水下机器人装备发展，实现了深海资源近底高精度声光综合探测、深海原位取样及分析探测、超长航程跨季度跨海域持续观测及深渊海沟、南极和北极冰下探测，使我国具备了全球海域探测与全海深作业能力。

目前，我国水下机器人已经具备了正向的设计、研制、试验能力。同时，经过不断应用迭代，水下机器人的研制和应用与科学问题和实际需求的结合更加紧密，在超大潜深密封、自主航行控制、高精度导航定位、高密度能源应用和高效推进等关键技术上不断取得突破，不断刷新深海装备研制和应用的一项项纪录。

近年来，人工智能方法已经在机器人视觉、移动机器人和工业机器人控制等方面展现出优越的环境适应性。随着社会信息化不断提高，大数据技术应运而生，且获得了广泛的应用。这些先进技术为水下机器人智能化提供了新思路和新方法。

“面向未来更复杂、更极端的应用场景，需要提高单体水下机器人的智能化水平。”李智刚认为，研发新一代智能水下机器人，进一步完善水下机器人谱系化装备体系，实现水下机器人向智能水下机器人的技术跨越，已成为水下机器人未来的发展趋势。

“站在新的历史发展阶段，我们将努力推动水下机器人产业化进程，加快构建水下机器人工业化体系，加强行业应用，努力提升水下机器人对我国海洋经济的贡献度，为我国加快建设海洋强国作出更重要的科技贡献。”李智刚表示。

本文原文来自新浪网