中国梦丨李智刚：水下机器人的极地探索

 　　 　　福建省广播影视集团卫视中心大型政论节目《中国正在说》7月8日起播出“中国梦”十周年系列节目，节目已被列入国家广播电视总局“创新理论传播工程”电视理论节目扶持项目。   　　《中国梦·创新情》播出后，赢得了广大观众和网友的好评。让我们重温科技创新的幕后英雄们的精彩讲述！   　　我国水下机器人研发起步较晚，走过了自主探索、国际合作与自主创新三个阶段。经过多年持之以恒的努力奋斗，我国的水下机器人实现了从遥控到自主，我们将深海探索从近海逐渐推至远海，直到南北两极和马里亚纳海沟的万米深处，中国科学家正把梦想变成现实，让中国水下机器人“游”得更深更远，推动深海科技创新，建设海洋强国。   　　中国科学院沈阳自动化研究所研究员、水下机器人研究室主任李智刚为您带来   　　《水下机器人的极地探索》   　　大家可以看一下这幅大画面，这就是我们团队研发的“探索4500”水下机器人在2021年8月份参加中国第12次北极科学考察时的照片。   　　我非常遗憾没有参加这次科考，但是心中一直挂念着现场。通过每天发回的短短几句话，我能感受到整个海上作业的艰难和挑战。   　　“探索4500”去北极之前，我们进行了湖上实验、海上实验，可谓做足了准备，但是北极科考确实非常难。我们中国去的次数少，难度较大，国际上去的次数也不多。   　　北极的天气是瞬息万变的，我们第一次北极作业时就碰到了一些困难。当天我们选择了在北纬85度附近的一个非常适合作业的位置，但是突遇气温骤降、风雪交加的情况，能见度也非常差，降温和暴风雪让海面迅速结了一层冰，这对水下机器人如何布放构成了威胁，因为水下机器人一定要透过冰层达到海洋底层进行科考。   　　后来科考队员和船上指挥组紧急协商后，决定用“雪龙2号”船临时破冰，人工开出了一块狭小的安全区域，勉强实现了“探索4500”的布放问题。   　　历经十几个小时，“探索4500”完成了预定任务，自主上浮，所有科考队员都在凛冽的寒风中翘首企盼，当水下机器人成功回收到“雪龙2号”船时，现场指挥组宣布首次下潜成功，现场的科考队员们都流下了激动的泪水。   　　“探索4500”在第12次北极科考中，成功完成北极高纬度海冰覆盖区科学考察任务，获取的宝贵数据资料，为北极深海前沿科学研究提供了重要支撑，同时也标志着我国水下机器人，在极地科考领域达到了世界先进水平。   　　后来科考队员和船上指挥组紧急协商后，决定用“雪龙2号”船临时破冰，人工开出了一块狭小的安全区域，勉强实现了“探索4500”的布放问题。   　　大家会问为什么叫“探索4500”？是因为它的下潜深度可以达到4500米。因为这次北极科考区域的深度是4050米，所以我们就选择了“探索4500”，通过它的适应性改造去执行这次科考任务。   　　通常，水下机器人在海洋作业完了以后，会直接上浮到水面上，这时候团队可以看到它，然后把它用收放装置收上来。但是北极表面有一层海冰，当机器人作业完成后，不能直接上浮到水面，它有可能落到冰层下，这时候人看不到它，有可能造成了机器人永远消失在冰下。我们团队创新地提出了用声学遥控和自主引导相结合的水下技术，通过引导装置，把机器人引导到我们开好的冰洞附近去，然后再安全地回收。   　　第二个问题，就是高纬度带来的导航问题。“探索4500”以前使用的惯性导航装置是从国外进口的一款高精度导航装置。这次为了上北极，我们进行了测试，发现这款导航装置到北极以后，实际上是受到限制的。我们才知道，在买这套装置的时候，国外厂商就已经限制我们在北极使用了，所以它输出的加速度和角加速度都已经被拿掉，当纬度高到一定程度的时候，就没有数据输出了。于是，课题组大胆地采用了国产的惯性导航装置，通过软件补偿提高了精度，降低了导航误差。   　　我于2003年，也就是19年前参加了中国第二次北极科学考察，那也是我国第一次将水下机器人应用于北极科学考察。2003年，我们使用的是一台遥控式水下机器人，它的特点是船上和机器人之间有一根电缆连接，机器人在水下的活动范围非常受限，只能够在水下移动几百米的范围，而且当时达不到洋底，只能在冰下测冰的厚度。   　　2008年到2014年，我们在科技部“863计划”支持下，研发了专用北极科学考察的遥控自主式水下机器人，它的特点就是用一根微细的光纤代替了之前的电缆和通讯信号缆，所以它的运动范围非常大，达到了公里级。当然，它也是只对冰面进行探测。   　　2021年，中国组织第12次北极科学考察，“探索4500”登上了舞台。“探索4500”既没有电缆连接，也没有光纤连接，完全是一台自主的水下机器人，就像陆地上的自动驾驶汽车一样，通过编好的程序，在水下通过智能避开障碍物，寻找探测的最关注地点。   　　近二十年间，我们国家在水下机器人或者海洋装备产业方面发生了巨大的变化，突破了多项关键技术，也培养了一批青年人才。所以我可以自豪地说，我们已经具备“下五洋捉鳖”的能力。   　　常常有人问我，研发水下机器人有什么用，和我们有什么关系？海洋不仅是人类生命的发源地，还蕴含着丰富的矿产资源。陆地的资源总有一天会枯竭，我想，未来深海会支撑我们社会的持续发展。水下机器人就是开发海洋，利用海洋的一种利器。   　　水下机器人的技术水平也能体现一个国家在材料、制造、传感器和人工智能领域的综合实力，它对科技发展有很强的牵引作用，可带动多项技术的创新和发展。   　　未来我也有一些希望，希望产业部门可以用我们自己的水下机器人进行海底的石油开发和资源勘探，也希望我们自己研发的水下机器人，不仅能满足国内的科研生产需求，还能够像高铁一样，走出国门、走向世界！   　　7月22日21:20《中国梦·世界情》   　　感悟“国之交在民相亲”   　　东南卫视《中国正在说》   　　“中国梦”十周年系列正在播出！