快看！机器人赛帆船

洋洋

即使对于经验丰富的水手来说，驾驶帆船横渡大海，都是个很有挑战性的任务。那么，如果这艘帆船是艘无人驾驶的自动帆船呢？

精彩的机器人帆船比赛

2016年9月，数艘帆船漂浮在挪威奥斯陆峡湾激烈角逐，奇怪的是，没有人类选手驾驭这些帆船，但遇到迎面打来的汹涌的波涛，它们依然保持着平衡，并没有侧翻，更没有葬身水底，按照既定路线稳定地行驶着，就像自己懂得御风御海。这些帆船就是世界上最先进的无人自动驾驶帆船！而它们参加的赛事是世界机器人帆船锦标赛。

世界机器人帆船锦标赛每年会举行一次，参赛船只不能使用任何储存好的能量，比如汽油作为驱动螺旋桨的动力来源，只能完全靠风能驱动。除了少数情况下，如船只被渔网捕获，需要人为的操作外，其余的大部分时间里，帆船都会自动行驶。

在四天的比赛时间里，参赛船只将完成五项任务。第一项为速度航行，所有的船只都会沿着梯形的航线一起航行，如果它们完成整个航行，评委们会根据它们的到达顺序排名分数高低。第二项为虚拟锚定，大赛设计者们会设定一个航点P，帆船要在一个限定的时间里尽可能地靠近这一点。第三项为区域搜索，在一个L形的航道内，包含着75个虚拟正方形方块，船只必须在30分钟内，经过20个连续的方块，它们经过的方块数量以及所用的航道数量将成为评分依据。第四项是避障航行，会考验船只们绕开航线过程中突然出现的障碍物的能力。第五项是位置保持比赛，船只必须在特定位置上保持五分钟。

如果你小时候有过在水边操控船类玩具的经历，就会知道这一过程会有多难，更别提在海洋中操纵一只最大长度不超过4米、重不超过300千克的自动帆船，想想它的动力来源只能是风力，而风向又经常不是确定的，它的航线基本很难去预先设定好。

不过，经过重重比拼，还是有一只参赛队伍以精彩的表现，赢得了比赛，他们是来自美国加州大学应用科学学院的研究团队。

如何赢得比赛？

早在2013年，这一研究团队就已经带着自己制造的自动帆船参赛，但并没有得到名次。这一次，他们带来了“渴望”号帆船。这艘帆船长2.4米，船身非常狭窄，其刚性矩形翼帆由瑞典飞机制造商制造，高2.5米，翼帆两侧安装有更小的机翼。两个船桅不是为了比赛而设计，而是美国加州大学团队的研究工具，其携带着能测量pH、温度、电导率和盐度的水下传感器。跟其他自动船只一样，船上有船载计算机，研究者们会提前编程，使得这台计算机能识别风向、了解自己的位置，从而自动调控船帆和舵，引导船行进。

而这个团队之所以能打败其他团队而勇夺冠军，是因为他们强大的软件设计能力和情景分析能力。比如在第三项任务中，所有的帆船必须在30分钟内尽可能多地覆盖指定区域，大多数船只使用的是传统的策略来控制行船路径，比如用绳子控制帆并调整帆船角度。“渴望”号帆船的翼帆绕着中心桅杆旋转，简化了操作，使得其行走的路线看起来就像被割草机割过的草地那样整齐划一，而其他船只的行驶路径则凌乱得像意大利面。

不过，这还不是最难的机器人航海比赛。实际上，世界机器人帆船锦标赛只是跨大西洋机器人航海挑战赛的衍生赛事。作为主赛事，跨大西洋机器人航海挑战赛难度更大，因为这些自动帆船需要横跨大西洋，它们有两条航线选择，第一条是从大不列颠海岸起航，在美国巴哈马群岛和佛罗里达之间结束航行。第二条航线是以北美东海岸为起点，以爱尔兰西海岸为终点。

自2010年这场赛事第一次举行以来，迄今为止，只有少数团队有能力参加这项赛事，包括“渴望”号都因资金不够，而无缘比赛，而且没有一艘自动帆船赢得这项比赛，原因包括自动帆船被渔网网住、被渔船打捞起来，或者在海洋上迷失方向。

2017年夏天，人类有了最接近胜利的尝试。当时美国离岸传感公司建造了一艘名为“航行浮标”的无人船，驶出了1500多千米，超过了全赛事的一半里程，但最终开始在海洋中绕圈，以失败告终。

为什么人们这么热衷？

那么，人类为什么愿意投入大量资金，乐此不疲地参加自动帆船比赛？

对许多参与者来说，征服大西洋和参加激烈比赛的乐趣，倒是其次，他们参加自动帆船比赛的主要目的是为了将来的商业研发和科学研究。

这是因为在获取海洋中的数据上，自动帆船具有许多优势。像漂浮的浮标或载人船只，要么移动能力不强，要么成本昂贵。传统的科研船队每天花费可能高达2万美元，这笔资金够造好几个自动帆船，并让它们运行几个月。此外，小型自動帆船只有2米长、重60千克，可以去到载人船只无法到达的危险区域，比如飓风附近、火山或冰山区等。

由于参加各项国际比赛的自动帆船必须满足的避碰要求与国际海事组织规定的相同，而它们使用的用来发送和接收其它船只路线和速度的自动识别系统也与商业船只相同，所以，其一些科研成果也可以用于帆船以外的研究，比如用于研究自动航运货船。

也正因为有巨大的商业价值，在自动帆船系列国际赛事中，参与团队要么是企业，要么是由企业或者政府赞助的研究机构。比如在2016年的世界机器人帆船锦标赛中，中国参赛团队成员有一半来自上海大学，另一半来自一家科技公司。