水下機器人發展趨勢

隨著陸上資源日益匱乏，人類為了謀取生存所需資源，勢必要向海洋進發，加大海洋資源的開發，甚至可以說海洋是人類實現可持續發展和生存的重要保障。在這樣的背景下，為了更好地認識、開發和保護海洋資源，水下機器人應運而生。本文從我國水下機器人發展現狀入手，對其發展趨勢進行了展望。

【關鍵詞】水下機器人 發展趨勢 前景

近些年，我國在海洋資源開發方面給予了大量投資。2012年，“蛟龍號”載人潛水器打破了同類型載人潛水器的最大下潛深入，之后又相繼研究出 “CR-01”、“潛龍一號”和“潛龍二號”、“海斗”和“探索一號”等眾多水下機器人，這為我國認識、開采和保護海洋資源提供了重要條件，同時也為我國未來的發展奠定了扎實基礎。本文基于筆者自身認識，對水下機器人的發展趨勢進行了展望。

1 我國水下機器人發展現狀

自上世紀八十年代中期開始，我國哈爾濱工程大學和中國科學院沈陽自動化研究所等相關研究機構開始對智能水下機器人技術進行研究，期間設計了“海洋一號”遙控式水下機器人試驗樣機，之后又研制出“探索者號”，實現了對海下1000m領域的自動化探索，具有重要意義。在智能決策和控制方面，哈爾濱工程大學所設計的“智水”系列水下機器人已經攻克了許多技術難關，相應的技術指標也均逐漸向工程應用方面逼近。比如，“智水4”水下機器人可以在海洋環境中實現自主規劃安全航線、自主繪制目標圖和自主識別水下目標等功能。

目前，通過各大專院校和科研機構的共同研制，水下機器人在正式投入應用方面也已經形成了比較完整的系列，尤其是中國科學院沈陽自動化研究所和俄羅斯國家所共同研制的“CR-”系列水下機器人可以實現對太平洋深海進行實地考察。考慮到我國水下機器人研究起步較晚，通訊、導航定位、制造工藝、工業設計以及目標探索等方面的水下技術同發達國家還存在一定差距，以至于我國所研制的水下機器人雖然已經在技術方面取得長遠進步，但是在實際應用方面還存在許多限制。即便從國外購買或者租賃一些水下機器人，不僅耗費大量資金，同我國相關海洋考察工作的配套服務也比較困難，不太適合我國海域的考察工作。因此，伴隨著海洋開發需求的持續增長，加快開發一些具有實用價值的智能水下機器人刻不容緩。

2 我國水下機器人發展趨勢

隨著自動化技術、無線通信技術等先進科學技術的普及和應用，智能水下機器人的功能勢必會進一步得到強化，相應的發展趨勢主要表現在如下幾個方面：

2.1 向高度智能化方向發展

鑒于水下機器人在海洋工作環境的未知性和復雜性特征，需要增強其智能操作系統的前瞻性，即要提升系統的自主學習能力和對未來的預測能力，這就需要對現有的水下機器人的智能體系結構進行改進和完善。當前關于如何有效地提高水下機器人的智能化水平，主要涉及到智能體系結構、任務規劃以及環境感知等領域的開發研究。相信在未來的水下機器人上，新一代的智能系統會通過聯合應用多種探測與識別技術來增強水下機器人感知環境和識別目標的能力，同時在運動控制和規劃決策方面，也會采用更加智能化的信息處理方式。另外，為了最大程度地提升水下機器人適應外界環境的能力，確保其可以勝任各種環境下的海洋開發工作，同樣需要確保其智能系統具備更高的學習能力，可以自主和海洋環境之間形成互動，那么這樣的水下機器人就真正成為了“智能”水下機器人。

2.2 向導航定位高精度、高效率方向發展

雖然在以往水下機器人中所采用的導航方式可以通過采用先進的儀器和優化算法來提升精度，但是卻無法徹底消除導航定位基本原理所決定的誤差積累，所以在實際的應用過程中需要對其進行適當修正后方可確保導航定位精度。雖然全球定位系統可以提供非常精準的坐標數據，但是卻非常容易暴露目標，同時也會遇到數據封鎖情況，著同樣不適用于水下機器人。因此，為了滿足水下機器人的導航定位需求，需要開發適應于水下應用的新型導航技術，比如重力磁力匹配導航技術、地形輪廓跟隨導航技術、海底地形匹配導航技術以及其他地球物理學導航技術等等，其中的海底地形匹配導航技術已經在美國海軍潛艇導航中得到了廣泛應用，具有導航精讀高、效率高的優點。可以預測，未來水下機器人的導航系統定位精度會更加效率化和精度化。

2.3 向高密度能源方向發展

為了滿足日益增長的民用和軍用需求，水下機器人除了具備專業的處理任務之外，同樣需要具備持久的續航力，這就需要在優化水下機器人各系統能耗的前提下，盡可能多地提升機器人所攜帶能源的總量。當前水下機器人中所采用的電池占用了比較大的重量和體積，相應的能量密度值非常低，嚴重制約了其各方面性能的提升。因此，未來的水下機器人需要配備高密度、高效率的能源，在確保動力能源系統重量和體積控制在合理范圍的基礎上，最大程度地滿足水下機器人的機動性需求，發揮其各方面的工作性能。

2.4 向模塊化、標準化方向發展

為了在提升水下機器人工作性能的基礎上，實現水下機器人的規模化應用，就要盡量縮短研制周期，節約研制費用，確保可以實現水下機器人的批量生產，這均需要建立在水下機器人的模塊化、標準化生產基礎上，同時也有助于確保水下機器人在制作過程中各部門的協作設計，增強了系統和機體結構的兼容性，還可以實現任務的擴展和重構。

總之，當前水下機器人在我國海洋開采中已經嶄露頭角，可以為水下觀察、水下開采作業提供重要工具支撐，具有廣闊的應用前景。相信隨著智能技術、自動化技術等先進技術的應用，水下機器人會逐步實現高智能化，并且會為我國軍事事業等的發展提供強大的技術支撐，但是這均需要繼續在水下機器人研發方面投入精力來進行研發。

參考文獻

[1]龐碩，糾海峰.智能水下機器人研究進展[J].科技導報，2015（23）：66-67.

[2]柯冠巖，吳濤等.水下機器人發展現狀和趨勢[J].國防科技，2013（05）：44-45.

[3]袁夫彩.水下機器人的發展及在黃河上的應用[J].機床與液壓，2016（03）：55-56.

作者簡介

李弘哲，男，山西省太原市人。太谷二中啟航學校在校高中生。

作者單位

太谷二中啟航學校 山西省晉中市太谷縣 030800