微型水下機(jī)器人對海洋探索有何影響？

　　地球海洋深處仍然是地球上最后的探索前沿之一，蘊(yùn)藏著重要的資源和關(guān)鍵的生態(tài)系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，有兩種無人潛水器被用于探索深海：遙控潛水器（ROV），通過通信和控制系繩與水面船只相連，由船上的飛行員操作；以及自主式水下航行器（AUV ），這種航行器沒有繩索，可以在水下行駛，不需要操作員干預(yù)。這兩種工具都是幫助人類收集水下數(shù)據(jù)的有前途的工具，也是改變包括海洋研究、近海工業(yè)、環(huán)境保護(hù)甚至國防在內(nèi)的部門的有前途的工具。

　　隨著氣候變化，了解海洋的需求變得更加迫切，使用遙控潛水器和自主式潛水器收集數(shù)據(jù)開始面臨獨(dú)特的挑戰(zhàn)。建造和維護(hù)它們的成本很高，而且通常需要大量專業(yè)人員來部署和回收。它們的大尺寸也給任務(wù)中的靈活性和機(jī)動性帶來了挑戰(zhàn)。具體來說，遙控潛水器受到其系繩長度的限制，需要不斷的人工監(jiān)督，影響了數(shù)據(jù)收集和勘探的頻率和規(guī)模。

　　代表著一種范式的轉(zhuǎn)變

　　發(fā)現(xiàn)了市場上的這一空白，我們開發(fā)了Hydrus，這是一款完全自主的水下機(jī)器人，它將多種技術(shù)小型化，為水下用戶提供類似無人機(jī)的體驗。這將微型自主式潛水器的概念引入了市場。

　　Hydrus通過使數(shù)據(jù)獲取變得簡單和容易，正在改變海底研究、檢查、探測和分類。它的重量不到7千克，實(shí)際上是一個一體式（無束縛）自主解決方案，開箱即可使用。它可以由一個人發(fā)射和回收，減少了對昂貴的勘測船、船只、訓(xùn)練有素的操作員和潛水員的需求。它的緊湊自然意味著更簡單的物流、最小的復(fù)雜性和降低的運(yùn)營成本。這是一個關(guān)鍵的屬性，考慮到海洋的變化速度正在加快，需要更多的知識來幫助人類分析海洋的狀況。

　　開放海洋通道

　　考慮到水下的惡劣環(huán)境，Hydrus配備了先進(jìn)的聲納、導(dǎo)航和通信系統(tǒng)。這使它能夠在沒有繩索的情況下完全自主地導(dǎo)航，利用物體檢測和規(guī)避來實(shí)時調(diào)整任務(wù)。它配有一個4K 60 FPS相機(jī)，具有強(qiáng)大的照明，以確保最高質(zhì)量的視頻和攝影。通過人工智能圖像處理系統(tǒng)，它可以動態(tài)平衡相機(jī)設(shè)置和照明，以補(bǔ)償濁度。在相機(jī)無法使用的全混濁環(huán)境中，Hydrus仍然可以使用其聲納進(jìn)行地圖繪制。Hydrus還允許在沒有特定知識或培訓(xùn)的情況下在幾分鐘內(nèi)規(guī)劃3D任務(wù)。

　　Hydrus在與澳大利亞海洋科學(xué)研究所（AIMS）的合作中展示了這種能力，該研究所位于澳大利亞東北海岸的熱帶海洋試驗場，稱為ReefWorks。任務(wù)是自主繪制海底的預(yù)定義區(qū)域，以尋找特定的興趣點(diǎn)——在這種情況下，這些興趣點(diǎn)是旨在代表水下地雷的隱藏物體。

　　通常，這種演習(xí)需要大量的費(fèi)用和后勤復(fù)雜性。眾所周知，水螅蛇必須在困難的熱帶水域中活動，模擬帶來的潛在危險也加劇了這一問題。這反映了在危險和陌生環(huán)境中的真實(shí)世界搜索。

　　幸運(yùn)的是，Hydrus是專門為解決這些問題而構(gòu)建的。它的緊湊尺寸和自主能力使它能夠快速而輕松地完成任務(wù)。它的設(shè)計還考慮到了具有挑戰(zhàn)性的水域，使整個包裝對懸浮沉積物和復(fù)雜的水流具有彈性。

　　在任務(wù)期間，Hydrus在水中設(shè)定的周界內(nèi)自動遵循預(yù)定義的搜索模式。在執(zhí)行搜索模式時，它的相機(jī)成功地識別了興趣點(diǎn)，并捕捉到了目標(biāo)物體的高精度圖像。

　　從部署到回收Hydrus，整個過程不到30分鐘。快速的周轉(zhuǎn)時間允許團(tuán)隊再運(yùn)行兩次模擬。通過重復(fù)模擬，該小組觀察到，在每次操作之間，類似地雷的物體在海底的位置發(fā)生了變化。這不僅突出了熱帶水域的復(fù)雜水流，還強(qiáng)調(diào)了如果作業(yè)只進(jìn)行一次的潛在安全風(fēng)險，這是傳統(tǒng)系統(tǒng)通常預(yù)期的。

　　展望未來

　　十年前，水下勘測和數(shù)據(jù)收集完全是訓(xùn)練有素的專家用復(fù)雜昂貴的工具進(jìn)行的領(lǐng)域。

　　微型水下機(jī)器人的興起為更高效的海洋經(jīng)濟(jì)鋪平了道路。

　　憑借降低的成本、簡化的物流和強(qiáng)大的功能，微型自主式潛水器正在使全球社區(qū)更容易獲得海洋數(shù)據(jù)，并擴(kuò)大海洋勘探，為科學(xué)、工業(yè)、環(huán)境和整個社會帶來深遠(yuǎn)的利益。

　審核編輯：黃飛