深海「變形金剛」Aquanaut機器人在NASA零重力實驗室進行功能測試

導讀

近日，休斯頓機電公司研製的水下機器人Aquanaut在美國宇航局的中性浮力實驗室進行了性能測試與功能驗證。Aquanaut像一艘微型潛艇一樣航行至目的地，然後變形成半人形的雙臂機器人，完成水下作業任務之後恢復成潛艇模式返航。

作者：欣欣向文

編輯：小木

很多人可能不知道，由於輸油輸氣管道的設置，在海底往往也存在一座城市的大量基礎設施。這些基礎設施往往包括管道、閥門、歧管、儀錶等等，非常複雜，他們通常被稱為海底採油樹，有些甚至有四層樓高。

這些基礎設施維護起來非常麻煩，這些基礎設施維護起來非常費時、費力且費錢，而且在水深超過200-300米時，潛水員已經無法正常作業，此時唯一的途徑便是水下機器人。而很多人更不知道的是，這些深水作業，需要一個訓練有素的技術人員在船上操控沒有自主呢鞥里的機器人，且一次典型的作業每天就需要消耗幾十萬美元。

對此，美國休斯敦一家初創公司設計了一款「水下變形金剛」，這款水下機器人顛覆了以往水下機器人的概念，能讓一次正常維護的成本遠遠低於傳統運營方式的一半。

下面讓我們進一步了解休斯頓機電公司的Aquanaut水下機器人。

獨一無二的組合

Aquanaut機器人代表了一種全新的設計，它的創造者休斯頓機電公司希望完全改變當前海底機器人技術。傳統的無人潛航器通常可以分為以下兩類：

（1）魚雷式巡航潛水器，常用於遠程測量或者偵查任務，一般沒有操作作業能力。

（2）水下操作機器人，常用於輔助水面船隻完成水下的操作作業任務，具有一定的推進能力，一般不具備長距離航行能力。

休斯頓機電公司希望整合這兩類水下機器人各自的優勢，組合成一個可變形的機器人，這是一項前無古人的創舉。

超越視覺的變形

Aquanaut機器人在無人水下潛心器中是獨一無二的，它可以從擅長遠距離巡航設計的靈活潛艇變形成能夠執行複雜操作任務的半人形機器人。

（1）Aquanaut機器人以流線型潛艇模式巡航到海底作業地點；

（2）當機器人到達作業地點後，其船體的頂部將會升起，暴露出兩個機械臂和一個楔形的頭部；

（3）攜帶雙目立體攝像機、三維感測器和聲吶系統的頭部向上旋轉到位，使機器人獲得前方的環境信息；

（4）機器人展開配備力感測器和爪式夾具的機械手臂，進入雙臂操作狀態。

海底作業的變革

相比於傳統水下操作機器人(ROV)需要大型船舶運送至作業水域附近實施部署，並作為ROV的作戰基地使用線纜給機器人提供動力、傳輸數據和控制，ROV活動範圍受線纜長度的限制，沒有自主控制權。Aquanaut機器人是一款無外接線纜的機器人，由自身攜帶的鋰電池提供動力，在潛艇模式下可以行駛200多公里，通過無線傳輸數據，所以可以在岸邊、小型船隻和直升機上完成部署。

Aquanaut機器人具有兩條仿人設計的機械臂，每條手臂具有八個自由度，並配有力矩感測器，用於感知海底作業的交互力。Aquanaut機器人可以利用機械臂末端的夾具完成旋轉開關閥門的操作，甚至還可以使用機器人內部有效載荷艙中攜帶的專業維護工具。

由於沒有外接線纜的連接，Aquanaut機器人唯一的通信方式就是聲學數據機，這種通信技術相對成熟，在水下的通信範圍可以達到幾十公里，但是具有延遲高和帶寬低的不足，每秒最多傳輸幾千個位元組。針對這個問題，休斯頓機電公司給出的解決方案是依靠小型水面無人艦艇作為機器人與通信衛星的中繼站，如此就可以在世界上的任何地方對Aquanaut機器人進行遠程控制。

通信上的高延遲使遠程操作人員實時控制Aquanaut機器人的每個動作，顯然不切實際，休斯頓機電公司計劃僅對Aquanaut機器人實施高級的監督控制，將大多數低級別決策委託給強大的機載計算機。遠程操作人員發送簡單的命令，例如「將閥門順時針旋轉90°」，機器人將自主決定如何抓住閥門以及轉動閥門的力量，並在完成任務後向操作人員返回確認完成，因此遠程操作人員不需要手動操作機器人，也不需要高帶寬的實時視頻返回。

Aquanaut水下機器人的首次開放水域演示可能會在8月份在羅德島舉行的海軍技術演習中進行，讓我們拭目以待。

END

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