水下机器人发展趋势

随着陆上资源日益匮乏，人类为了谋取生存所需资源，势必要向海洋进发，加大海洋资源的开发，甚至可以说海洋是人类实现可持续发展和生存的重要保障。在这样的背景下，为了更好地认识、开发和保护海洋资源，水下机器人应运而生。本文从我国水下机器人发展现状入手，对其发展趋势进行了展望。

【关键词】水下机器人 发展趋势 前景

近些年，我国在海洋资源开发方面给予了大量投资。2012年，“蛟龙号”载人潜水器打破了同类型载人潜水器的最大下潜深入，之后又相继研究出 “CR-01”、“潜龙一号”和“潜龙二号”、“海斗”和“探索一号”等众多水下机器人，这为我国认识、开采和保护海洋资源提供了重要条件，同时也为我国未来的发展奠定了扎实基础。本文基于笔者自身认识，对水下机器人的发展趋势进行了展望。

1 我国水下机器人发展现状

自上世纪八十年代中期开始，我国哈尔滨工程大学和中国科学院沈阳自动化研究所等相关研究机构开始对智能水下机器人技术进行研究，期间设计了“海洋一号”遥控式水下机器人试验样机，之后又研制出“探索者号”，实现了对海下1000m领域的自动化探索，具有重要意义。在智能决策和控制方面，哈尔滨工程大学所设计的“智水”系列水下机器人已经攻克了许多技术难关，相应的技术指标也均逐渐向工程应用方面逼近。比如，“智水4”水下机器人可以在海洋环境中实现自主规划安全航线、自主绘制目标图和自主识别水下目标等功能。

目前，通过各大专院校和科研机构的共同研制，水下机器人在正式投入应用方面也已经形成了比较完整的系列，尤其是中国科学院沈阳自动化研究所和俄罗斯国家所共同研制的“CR-”系列水下机器人可以实现对太平洋深海进行实地考察。考虑到我国水下机器人研究起步较晚，通讯、导航定位、制造工艺、工业设计以及目标探索等方面的水下技术同发达国家还存在一定差距，以至于我国所研制的水下机器人虽然已经在技术方面取得长远进步，但是在实际应用方面还存在许多限制。即便从国外购买或者租赁一些水下机器人，不仅耗费大量资金，同我国相关海洋考察工作的配套服务也比较困难，不太适合我国海域的考察工作。因此，伴随着海洋开发需求的持续增长，加快开发一些具有实用价值的智能水下机器人刻不容缓。

2 我国水下机器人发展趋势

随着自动化技术、无线通信技术等先进科学技术的普及和应用，智能水下机器人的功能势必会进一步得到强化，相应的发展趋势主要表现在如下几个方面：

2.1 向高度智能化方向发展

鉴于水下机器人在海洋工作环境的未知性和复杂性特征，需要增强其智能操作系统的前瞻性，即要提升系统的自主学习能力和对未来的预测能力，这就需要对现有的水下机器人的智能体系结构进行改进和完善。当前关于如何有效地提高水下机器人的智能化水平，主要涉及到智能体系结构、任务规划以及环境感知等领域的开发研究。相信在未来的水下机器人上，新一代的智能系统会通过联合应用多种探测与识别技术来增强水下机器人感知环境和识别目标的能力，同时在运动控制和规划决策方面，也会采用更加智能化的信息处理方式。另外，为了最大程度地提升水下机器人适应外界环境的能力，确保其可以胜任各种环境下的海洋开发工作，同样需要确保其智能系统具备更高的学习能力，可以自主和海洋环境之间形成互动，那么这样的水下机器人就真正成为了“智能”水下机器人。

2.2 向导航定位高精度、高效率方向发展

虽然在以往水下机器人中所采用的导航方式可以通过采用先进的仪器和优化算法来提升精度，但是却无法彻底消除导航定位基本原理所决定的误差积累，所以在实际的应用过程中需要对其进行适当修正后方可确保导航定位精度。虽然全球定位系统可以提供非常精准的坐标数据，但是却非常容易暴露目标，同时也会遇到数据封锁情况，着同样不适用于水下机器人。因此，为了满足水下机器人的导航定位需求，需要开发适应于水下应用的新型导航技术，比如重力磁力匹配导航技术、地形轮廓跟随导航技术、海底地形匹配导航技术以及其他地球物理学导航技术等等，其中的海底地形匹配导航技术已经在美国海军潜艇导航中得到了广泛应用，具有导航精读高、效率高的优点。可以预测，未来水下机器人的导航系统定位精度会更加效率化和精度化。

2.3 向高密度能源方向发展

为了满足日益增长的民用和军用需求，水下机器人除了具备专业的处理任务之外，同样需要具备持久的续航力，这就需要在优化水下机器人各系统能耗的前提下，尽可能多地提升机器人所携带能源的总量。当前水下机器人中所采用的电池占用了比较大的重量和体积，相应的能量密度值非常低，严重制约了其各方面性能的提升。因此，未来的水下机器人需要配备高密度、高效率的能源，在确保动力能源系统重量和体积控制在合理范围的基础上，最大程度地满足水下机器人的机动性需求，发挥其各方面的工作性能。

2.4 向模块化、标准化方向发展

为了在提升水下机器人工作性能的基础上，实现水下机器人的规模化应用，就要尽量缩短研制周期，节约研制费用，确保可以实现水下机器人的批量生產，这均需要建立在水下机器人的模块化、标准化生产基础上，同时也有助于确保水下机器人在制作过程中各部门的协作设计，增强了系统和机体结构的兼容性，还可以实现任务的扩展和重构。

总之，当前水下机器人在我国海洋开采中已经崭露头角，可以为水下观察、水下开采作业提供重要工具支撑，具有广阔的应用前景。相信随着智能技术、自动化技术等先进技术的应用，水下机器人会逐步实现高智能化，并且会为我国军事事业等的发展提供强大的技术支撑，但是这均需要继续在水下机器人研发方面投入精力来进行研发。

参考文献

[1]庞硕，纠海峰.智能水下机器人研究进展[J].科技导报，2015（23）：66-67.

[2]柯冠岩，吴涛等.水下机器人发展现状和趋势[J].国防科技，2013（05）：44-45.

[3]袁夫彩.水下机器人的发展及在黄河上的应用[J].机床与液压，2016（03）：55-56.

作者简介

李弘哲，男，山西省太原市人。太谷二中启航学校在校高中生。

作者单位

太谷二中启航学校 山西省晋中市太谷县 030800