快看！機器人賽帆船

洋洋

即使對于經驗豐富的水手來說，駕駛帆船橫渡大海，都是個很有挑戰性的任務。那么，如果這艘帆船是艘無人駕駛的自動帆船呢？

精彩的機器人帆船比賽

2016年9月，數艘帆船漂浮在挪威奧斯陸峽灣激烈角逐，奇怪的是，沒有人類選手駕馭這些帆船，但遇到迎面打來的洶涌的波濤，它們依然保持著平衡，并沒有側翻，更沒有葬身水底，按照既定路線穩定地行駛著，就像自己懂得御風御海。這些帆船就是世界上最先進的無人自動駕駛帆船！而它們參加的賽事是世界機器人帆船錦標賽。

世界機器人帆船錦標賽每年會舉行一次，參賽船只不能使用任何儲存好的能量，比如汽油作為驅動螺旋槳的動力來源，只能完全靠風能驅動。除了少數情況下，如船只被漁網捕獲，需要人為的操作外，其余的大部分時間里，帆船都會自動行駛。

在四天的比賽時間里，參賽船只將完成五項任務。第一項為速度航行，所有的船只都會沿著梯形的航線一起航行，如果它們完成整個航行，評委們會根據它們的到達順序排名分數高低。第二項為虛擬錨定，大賽設計者們會設定一個航點P，帆船要在一個限定的時間里盡可能地靠近這一點。第三項為區域搜索，在一個L形的航道內，包含著75個虛擬正方形方塊，船只必須在30分鐘內，經過20個連續的方塊，它們經過的方塊數量以及所用的航道數量將成為評分依據。第四項是避障航行，會考驗船只們繞開航線過程中突然出現的障礙物的能力。第五項是位置保持比賽，船只必須在特定位置上保持五分鐘。

如果你小時候有過在水邊操控船類玩具的經歷，就會知道這一過程會有多難，更別提在海洋中操縱一只最大長度不超過4米、重不超過300千克的自動帆船，想想它的動力來源只能是風力，而風向又經常不是確定的，它的航線基本很難去預先設定好。

不過，經過重重比拼，還是有一只參賽隊伍以精彩的表現，贏得了比賽，他們是來自美國加州大學應用科學學院的研究團隊。

如何贏得比賽？

早在2013年，這一研究團隊就已經帶著自己制造的自動帆船參賽，但并沒有得到名次。這一次，他們帶來了“渴望”號帆船。這艘帆船長2.4米，船身非常狹窄，其剛性矩形翼帆由瑞典飛機制造商制造，高2.5米，翼帆兩側安裝有更小的機翼。兩個船桅不是為了比賽而設計，而是美國加州大學團隊的研究工具，其攜帶著能測量pH、溫度、電導率和鹽度的水下傳感器。跟其他自動船只一樣，船上有船載計算機，研究者們會提前編程，使得這臺計算機能識別風向、了解自己的位置，從而自動調控船帆和舵，引導船行進。

而這個團隊之所以能打敗其他團隊而勇奪冠軍，是因為他們強大的軟件設計能力和情景分析能力。比如在第三項任務中，所有的帆船必須在30分鐘內盡可能多地覆蓋指定區域，大多數船只使用的是傳統的策略來控制行船路徑，比如用繩子控制帆并調整帆船角度。“渴望”號帆船的翼帆繞著中心桅桿旋轉，簡化了操作，使得其行走的路線看起來就像被割草機割過的草地那樣整齊劃一，而其他船只的行駛路徑則凌亂得像意大利面。

不過，這還不是最難的機器人航海比賽。實際上，世界機器人帆船錦標賽只是跨大西洋機器人航海挑戰賽的衍生賽事。作為主賽事，跨大西洋機器人航海挑戰賽難度更大，因為這些自動帆船需要橫跨大西洋，它們有兩條航線選擇，第一條是從大不列顛海岸起航，在美國巴哈馬群島和佛羅里達之間結束航行。第二條航線是以北美東海岸為起點，以愛爾蘭西海岸為終點。

自2010年這場賽事第一次舉行以來，迄今為止，只有少數團隊有能力參加這項賽事，包括“渴望”號都因資金不夠，而無緣比賽，而且沒有一艘自動帆船贏得這項比賽，原因包括自動帆船被漁網網住、被漁船打撈起來，或者在海洋上迷失方向。

2017年夏天，人類有了最接近勝利的嘗試。當時美國離岸傳感公司建造了一艘名為“航行浮標”的無人船，駛出了1500多千米，超過了全賽事的一半里程，但最終開始在海洋中繞圈，以失敗告終。

為什么人們這么熱衷？

那么，人類為什么愿意投入大量資金，樂此不疲地參加自動帆船比賽？

對許多參與者來說，征服大西洋和參加激烈比賽的樂趣，倒是其次，他們參加自動帆船比賽的主要目的是為了將來的商業研發和科學研究。

這是因為在獲取海洋中的數據上，自動帆船具有許多優勢。像漂浮的浮標或載人船只，要么移動能力不強，要么成本昂貴。傳統的科研船隊每天花費可能高達2萬美元，這筆資金夠造好幾個自動帆船，并讓它們運行幾個月。此外，小型自動帆船只有2米長、重60千克，可以去到載人船只無法到達的危險區域，比如颶風附近、火山或冰山區等。

由于參加各項國際比賽的自動帆船必須滿足的避碰要求與國際海事組織規定的相同，而它們使用的用來發送和接收其它船只路線和速度的自動識別系統也與商業船只相同，所以，其一些科研成果也可以用于帆船以外的研究，比如用于研究自動航運貨船。

也正因為有巨大的商業價值，在自動帆船系列國際賽事中，參與團隊要么是企業，要么是由企業或者政府贊助的研究機構。比如在2016年的世界機器人帆船錦標賽中，中國參賽團隊成員有一半來自上海大學，另一半來自一家科技公司。