中國海洋技術裝備研究室：北極ARV機器人助力科考
海洋技術裝備研究室： 探尋海底深處的秘密
以前我們國家沒有水下機器人，去不了北極的冰層下，都是通過定點進行觀測，無法反映出海冰吸收的太陽輻射能的空間變化。現在我們能下去了，達到了這個平台，到達一個未知的領域。這樣就可以得到一些更有價值的科學數據，進而分析科學問題，解釋科學現象。
海洋是地球生命的搖籃，大洋深處孕育着無窮奧秘和豐富資源，人類探索海洋的渴望和努力從未停歇。海洋科考離不開高科技手段支撐，也離不開尖端裝備的支持。
中科院瀋陽自動化所海洋技術裝備研究室是國內最早開展水下機器人技術研發，並以此為核心研究方向的專業海洋技術裝備研發團隊，主要從事海洋技術基礎與應用技術研究、海洋裝備研發與推廣、海洋工程服務等工作。
水下機器人大顯身手
2014年，對海洋技術裝備研究室來説，是非同尋常的一年。深海滑翔機、“龍珠”號搭載“蛟龍”號試驗、中國第六次北極科考中北極自治遙控潛水器(ARV)的應用，讓人們把目光聚焦在他們研發的水下機器人上。
今年7月，“龍珠”號搭載“蛟龍”號載人潛水器，在西北太平洋采薇海山海區開展深海試驗應用，並首次獲取了“蛟龍”號在大洋深處的工作影像。
“龍珠”號是國家“863”計劃資助下自主研製的深海微型水下機器人，空氣中重量僅有40公斤，配有3部電動推進器，通過一根光纖與“蛟龍”號相連，由“蛟龍”號球艙內的潛航員遙控控制，並且自帶攝像機，可進行水下觀察和錄像，與“蛟龍”號互補形成更全面的觀測能力。
在水下工作期間，“龍珠”號與“蛟龍”號按照預先規劃的協同作業流程“分工協作”“默契配合”，完成了相互之間互動拍攝、“龍珠”號的釋放與回收等預定工作任務，也驗證了兩種不同類型的潛水器在水下優勢互補、協同作業的新模式。
海洋技術裝備研究室主任李碩介紹，水下機器人有一個龐大的“家族”，其中載人潛水器(HOV)、有纜潛水器(ROV)、無人自治潛水器(AUV)和自治遙控潛水器(ARV)是目前四類最重要的潛水器。
深海滑翔機是水下無人自治潛水器的代表，是一種新型無人水下觀測系統，主要由衞星鏈路控制其工作。水下工作時的滑翔機完全處於自主工作方式，具有製造成本和維護費用低、可重複使用、並可大量投放等特點，滿足了長時間、大範圍海洋探索的需要。
李碩告訴《中國科學報》記者，水下機器人的家族成員各有千秋。“ROV的優點是水面操作人員可即時觀察到水下環境並遙控操作，對機器智能要求不高，缺點是由於電纜連接，其活動範圍有限;AUV的優點是由於沒有電纜連接，其活動範圍較大，不受母船制約，不足是對機器智能要求較高，數據即時性差;ARV是介於AUV和ROV之間的潛水器，國外也有稱作混合ROV的，其自帶能源，通過很細的光纖連接，其活動範圍介於AUV和ROV之間，數據即時性好，通常可完成簡單輕作業功能。既可以自治大範圍連續觀測，也可以精確遙控精細觀測，北極ARV就是ARV技術在北極的一種成功應用。”
北極ARV助力科考
據介紹，北極ARV水下機器人在北極協助科考人員考察方面，發揮了重要作用。
7月11日，北極ARV搭乘“雪龍”號科考船從上海前往北極執行我國第六次北極科考任務。這並不是北極ARV第一次探尋“冰世界”。
它曾先後參加我國第三、四次北極科考，在高緯度下實現了對冰下海冰物理特徵、水文和光學特性等的自主精確同步觀測，為我國北極科考提供了一種大範圍的先進、連續、即時的冰下觀測技術手段。
李碩介紹：“北極的海冰在不斷地移動旋轉，為得到精確的冰下位置信息，須將海冰的運動信息反饋到機器人上，以獲取精確的導航信息。這些需要不斷地完善改進，每一次北極探險後，北極ARV都會變得更加完善。”
改造後的北極ARV更加“小巧玲瓏”，其體積和重量均減少一半，有助於在現場作業時設備的吊裝和運輸;同時將推進器方位進行了重新佈置，增強了航行的機動性，使其在冰下航行更加靈活，更便於冰洞下潛與回收。
未來平台更廣闊
“北極海冰融化對我國氣候有着一定的影響。我們北極科考的主要目的，就是了解北極海冰快速融化的機理。”李碩説。
新一代北極ARV通過水下機器人攜帶光通量測量儀的觀測，可連續測量出海冰吸收的太陽輻射能的空間變化，估算出同緯度更大範圍海冰對太陽輻射能的吸收，以此計算出太陽輻射對該緯度北極海冰融化的貢獻。
另外，通過水下機器人測量得到的冰厚圖,可以反映出冰底的粗糙度，從而分析出海水對冰的影響等。李碩透露：“在未來，我們將根據科考需求，進一步增大作業範圍，增加部分搭載設備以及機器人功能。預計2016年進行的我國北極科考，北極ARV還將積極爭取參與。”
對於研究室的成員來説，北極ARV不僅僅是一個設備，更是一個通往更高科學道路的平台。
“以前我們國家沒有水下機器人，去不了北極的冰層以下，都是通過定點進行觀測，無法反映出海冰吸收的太陽輻射能的空間變化。現在我們能下去了，達到了這個平台，到達一個未知的領域。這樣就可以得到一些更有價值的科學數據，進而分析科學問題，解釋科學現象。”李碩説。
對於未來，李碩認為：“無人化、信息化、智能化和網絡化的水下機器人是未來的發展方向。北極探險只是開始，南極、海洋深處等未知的領域會逐漸地熟悉，在未來，水下機器人會有更廣闊的空間。”(記者彭科峯 實習生張雅琪)