打开深海机器人应用的大门

日前,由中科院组织的“探索一号”船TS-03航次深渊科考任务圆满结束,取得系列重大成果。在距离陆地有万米之遥的深海领域,来自中科院以及其他单位的科研人员克服了重重困难,成功开展了多项深海科考与应用。

“和之前深渊科考的航次不同,这次,我们携带的水下机器人就是朝着实地应用去的。可以说,这次的科考打开了深海机器人应用的大门。”在日前接受《中国科学报》记者采访时,中科院沈阳自动化所研究员唐元贵认为,展望未来,深海科考将在探测与利用深渊资源、探索地球板块活动规律、认识深渊神秘环境等方面发挥重大作用。

填补万米海底实时传输视频的空白

中科院沈阳自动化所是参与本次深渊科考的一支重要力量。这一次,他们组成了5人团队,携带了由该所自主研制的“海翼”号7000米水下滑翔机(以下简称“海翼”号)和“海斗”号全海深自主遥控水下机器人(以下简称“海斗”号)。

据介绍,“海斗”号此次重返马里亚纳海沟“挑战者”深渊,主要开展深渊科考应用和光纤遥控模式下的大深度海试两项任务。

唐元贵介绍,本航次中,“海斗”号5次下潜深度超过10800米,其中以自主模式4次潜入万米深渊,最大下潜深度达10888米,创造了我国水下机器人最大下潜及作业深度的新纪录,并拍摄到海底视频,成功完成了航次深渊探测的科考任务。

“应该说,相比之前的科考,这一次的海况特别差。在马里亚纳海沟区域,狂风大作,浪涌特别大,不利于水下机器人的布放和回收。但是我们还是克服重重困难,胜利完成了各项任务。”唐元贵说。

这一次的科考,“海斗”号突破了大深度、长距离微细光纤的综合管理和视频传输等核心技术,实现了利用超长距离微细光纤遥控水下机器人完成万米深渊海底巡航以及实时传输万米深渊海底视频影像的功能,为我国“十三五”国家重点研发计划全海深无人潜水器ARV的研制工作提供了强有力的技术支撑。

“这一次,我们首次实现了利用光纤传输技术将万米深渊海底的视频实时传输到水面,填补了我国万米海底实时传输视频数据的空白,我们可以清楚地观察到海底的详细情况。”唐元贵说。

创造水下滑翔机新世界纪录

和“海斗”号相比,本次“海翼”号的表现也不遑多让。

负责本次“海翼”号科考任务的中科院沈阳自动化所副研究员金文明向《中国科学报》记者介绍,“海翼”号在马里亚纳海沟分两阶段开展试验与应用任务,每个阶段各执行了6次下潜任务,共完成了12个周期的观测任务,累计工作近88小时,累计航程达到135公里,下潜深度3次突破世界水下滑翔机6003米的下潜深度纪录,最大下潜深度达到了6329米,成为目前世界上下潜最深的水下滑翔机。

此次观测任务中,操作人员通过卫星对“海翼”号进行远程监控,并实时回传观测数据,收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息,为科学家研究该区域的水文特性提供了宝贵资料。

“我们研发的这款水下滑翔机,本身就是奔着7000米的下潜深度去的。”金文明说,如果经过进一步技术改造和升级,未来把世界纪录再一次刷新并不是难事。

“当然,水下滑翔机每下潜100米,其本身受到的压力都会增加1兆帕。这就需要机器本体有耐高压的强大外壳。”金文明表示。

深海机器人大有可为

那么,对于下一步计划,科研人员有什么设想呢?

唐元贵表示,每一次的深渊科考都不容易,任务也不尽相同。他们也希望能够参与更多的科考,积累更多的海上作业经验。对他们来说,下一步将要提升深海机器人实时传输的视频数据的质量,“提供更加高清的视频资料”。同时,也要在水下长时间和大范围以及水下采样作业方面下功夫。

在唐元贵看来,深海机器人大有可为,它对于长时间、大范围深海勘探和采样具有非常重要的意义。“我们首先可以从科学层面全面认识海底的环境和生物。比如,我们可以采集深海生物样本,提取深海生物的DNA,推演海洋生物和人类演变的秘密。此外,我们也可以从深海物质中提取有用的成分,用作生物医药的开发。”

“对水下滑翔机来说,搭载不同的传感器可以开展很多研究工作。利用它我们不但可以开展海洋水体观测,还可以在海洋生物、海洋化学及资源勘探等方面发挥更大的作用。”金文明告诉记者。

“海洋和人类的关系非常紧密。人类需要不断认识海洋、开发海洋,水下机器人目前就是最先进的技术手段之一,必将在利用海洋中发挥更大作用。”金文明说。 展望未来,随着规模化的应用,水下机器人的成本会进一步降低,将在更多领域发挥更大更重要的作用。