歷經30年，仍未解決通訊難題，水下機器人是虛假繁榮嗎？

不像在陸地上通訊網路四通八達，目前水下信號傳輸基本還是空白。儘管現在也有人在做水下感測網路的搭建，但總的來講難度很大，進展也不順暢。

近年來，我國機器人產業一片欣欣向榮。

2017年，預計我國機器人市場規模將達到62.8億美元，2012-2017年的平均增長率達到28%。其中，工業機器人42.2億美元，服務機器人13.2億美元，特種機器人7.4億美元。

不過，在這些漂亮的數據背後，隱藏的卻是很多難以言說的缺陷和不足，有些甚至已經逐漸成為制約產業發展的心腹大患。

對此，中國工程院院士封錫盛有著清醒的認識。

封錫盛院士我國最早從事水下機器人研究的專家之一，曾經擔任我國第一台有纜遙控水下機器人「海人一號」電控系統負責人、我國第一台無纜自治水下機器人「探索者號」的總設計師、「CR-01」6000米自治水下機器人項目副總設計師、「CR-01」自治水下機器人工程化項目的總設計師和「CR-02」6000米自治水下機器人總設計師。

關鍵零部件、材料技術、人機交互等是最大短板

關於機器人產業的分類，國內一直沒有統一的說法。目前主流的觀點認為，以其應用的產業為區分標準，機器人可以分為工業機器人、服務機器人和特種機器人。

在眾多的分類中，大多都把水下機器人歸到特種機器人的分類中。本文亦循此法。

從整體情況來看，我國機器人產業的發展還是比較快的，其中尤其是工業機器人領域。目前我國工業機器人約佔全球市場份額30%以上，是全球第一大工業機器人應用市場。這主要得益於我國的工業化速度和經濟發展帶來的製造業蓬勃發展和對工業機器人需求的增加，密切相關。未來，我國工業機器人的市場前景還是非常廣闊的。

可是，畢竟我我國在這一領域的發展時間相對較短，所以我們的基礎還是比較薄弱，尤其是國外發達國家如德國、美國、日本等相比，優勢並不明顯。

「在關鍵零部件（如減速器、伺服電機、控制器等）、感測器、材料技術、人機交互等方面，我們與國外的差距比較大。在今後的發展中，以上領域也應該是我們要著重發力的。」封錫盛院士說道。

在全球工業機器人的成本構成中，35％左右是減速器，20％左右是伺服電機，15％左右是控制器，機械加工本體只佔15％左右，其他的部分主要就是應用。

僅從成本佔比最大的減速器來看，世界75％的精密減速器市場被日本的哈默納科和納博特斯克佔領，其中納博特斯克生產RV減速器，約佔60％的份額，哈默納科生產諧波減速器，約佔15％的份額。

搭建水下通訊傳輸網路是整個行業的最大難題

水下環境和水上的環境是大不相同的。

陸地上有互聯網、GPS等等，通訊十分便利，信號傳輸也非常的通暢。但是這些因素，在水下都完全不具備。目前最為便捷的電磁波通訊，在水下的折射和傳輸衰減損耗非常之大。

一、水平前進的地表波折射圖

圖中所示，設E1，H1為空氣中電場、磁場分量，E2、H2為水中電場、磁場分量。

二、垂直極化波折射圖

圖中所示，E1、H1表示入射波的電磁場強度，E2、H2表示反射波的電磁場強度,E3、H3表示折射波電磁場強度。

三、水平極化波折射圖

由上可知，由於電磁波在水下的折射和損耗，所以在目前大多數水下機器人選擇的通訊手段就是靠聲波。

不過，聲波也同樣有著明顯的弊端。

「聲波的傳播速度慢得多，在水下也就每秒1500米左右，遠遠趕不上接近於光速的電磁波。」

因為這個原因，所以水下機器人在水下的通訊就成了第一大難題。不像在陸地上很容易很方便就可以構建網路，而且帶寬很大，目前水下的傳輸網路都還是個空白。

儘管現在也有人在做水下感測網路的搭建，但總的來講，難度很大，進展也不順暢。這種情況之下，要想研究水下世界，或是在水下開展工作，怎麼辦呢？

有兩個辦法。

「一個辦法是給機器人裝一根電纜線。有了這根線纜，就可以實現水下的通信、視頻傳輸。但是線纜長度是最大的障礙，畢竟不可能無限長，同時線纜越長也會越影響機器人的機動性和靈活性。

「所以，這種有線的機器人只適合在有限、固定的範圍內使用。這種，我們稱之為遙控型，就是通過電纜來遙控的水下機器人。」

另外一種就是無線的自主型水下機器人，即去掉線纜，也不依賴於通信。顯然，這樣做的好處是可以讓機器人走得更遠、更自由。

「因為這種是自主型水下機器人，它在作業過程中要完全依賴於機載的智能設備，所以它的完美程度幾乎完全需要依靠其智能化水平的高低。

「當然，目前各種人工智慧技術都在進步，而每一個技術總是能找到應用空間。因此，儘管目前自主水下機器人的自主能力不高，但它仍然有著自己的用武之地，而且將來的技術和自主化、智能化水平也會逐漸提高，屆時就會在更多的領域發揮作用。」

比如像在大規模的海洋探測和搜救方面，水下機器人的作用將會變得越來越大。

一個實際的例子就是，馬航370失事之後的殘骸搜索。這其中，美國的藍鰭金槍魚（美國最先進的軍用水下機器人）因為參與了搜救的行動而被公眾所熟知。它就是一款自主的水下機器人。

目前，在水下主要靠聲波。其他的像電磁波、超長波也偶爾會用到，但是也都是在有限的信道範圍之內，傳送的波特率非常之低。

「另外，就是會用到激光，主要是藍綠激光。它可以穿透一定的水深，但是能達到的深度也就只有80-100米這個範圍，再深就不行了。

「所以綜合來看，目前水下機器人的通信還是主要靠聲波來完成，靠各種聲納設備來做信號傳輸。」

加快技術落地需要院校、公司和社會一起努力

「這個問題比較大，牽涉到了很多方面的事情，這也是我們國家一個比較大的課題和難題：技術的成果轉化率始終不高。

「我們不可能做到所有的科研成果全部都轉化，無論是國內，還是國外。

「這個有各個方面的原因。首先我們要看技術成果本身是不是達到了可以轉化的程度，其次是技術轉化也需要有一個中間的推動介質。」

一個在實驗室里完成的技術成果，並不等同於商業化的產品。從成果轉化為產品，中間需要有人力物力財力的投入、市場化技術的二次開發，而這些目前正是國內水下機器人產業的軟肋和薄弱環節。

「機器人這個產業在我國還算是個新興的產業，而我們的很多企業都還很年輕，技術基礎和人才準備不足，對技術成果的接受和轉化方面還非常吃力。」

這就需要一定的時間，並要求產學研各方面一起努力，消除各種不利的因素。

作為科研單位，要在課題選擇上多向市場靠攏，充分考慮將來技術成果的市場化前景，跟市場銜接；我們的企業也要不斷壯大自己的技術實力，以增強接受技術並轉化成產品的能力。

最後一個重要的方面就是，在從實驗室技術成果到商業化產品的過程中，需要社會的大力支持，如金融、投資機構、政策等方方面面。

「現在有越來越多的金融和投資機構在關注機器人領域，我覺得是一個很可喜的現象。」

未來家庭娛樂將是水下機器人下一個發力方向

2016年，我國特種機器人市場規模達到6.3億美元，增速達到16.7%。2017年，預計特種機器人市場規模為7.4億美元。到2020年，特種機器人的國內市場需求有望達到12.4億美元。

從大的方面來說，軍事是一個很典型的領域，這個在國外也是用的比較多的一個領域。而民用的水下機器人大體上有以下幾個領域：海洋能源，海洋石油、天然氣的探測開發，這也是水下機器人得以廣泛使用的重要行業；

其他的像海底通訊，海底電纜、管線的鋪設和維修，還有海上救助、沉物打撈等等。另外就是海洋科學研究方面。

以上就是水下機器人目前最為主要的應用領域。

近年來，家庭娛樂也成為了水下機器人的一個越來越重要的應用方向。隨著人們生活水平提高和對生活品質的追求，對旅遊尤其是水下世界的探索會越來越多，而水下機器人可以幫人們擴大水下視野，又能錄製生動有趣的水下視頻，從而滿足人們的娛樂需求。

因此，這也給水下機器人提供了越來越大的市場空間，前景值得期待。

最後

目前我國的機器人產業還是一個自由散漫的狀態，誰開發了一個產品，各家都有自己的一套標準，各自為政的局面。

「這種狀態是不對的，也不利於整體行業的健康發展。

「我個人認為，出台一套統一的標準和相關的法律法規政策作為保障，對我國的機器人產業來說，非常必要。」封院士最後總結道。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 鎂客網 的精彩文章: