近日，我國自主研發的首臺商用水下智能清洗機器人“海若01”在山東港口青島港正式投入商用。

水下機器人作業可以選擇在港口集裝箱貨輪裝卸貨的同時清洗船體，為船東節省時間。潛水員只能在錨地清洗船體，基于安全因素，世界各國都不允許潛水員在港口作業。該款機器人首創運用無接觸式高壓空化射流自動清洗功能，成功實現垃圾自動回收，綠色環保，避免海洋二次污染，代表著國內最先進的船體及石油平臺清洗科技水平。

天空、陸地和海洋，是人類探索與發展的三大主要方向。近年來，在機器人、無人機的助力之下，人們逐漸突破了天空與陸地的限制，并加速向下一個盲區海洋進發。在此過程中，作為海洋探索的重要利器和智能裝備，水下機器人開始受到越來越多的關注。

“海斗一號”

萬米深潛靈動矯健

下潛深度10907米、刷新中國潛水器最大下潛深度及作業深度紀錄、填補中國萬米作業型無人潛水器的空白……今年4月，中國首臺作業型全海深自主遙控潛水器“海斗一號”，在馬里亞納海溝成功完成首次萬米海試與試驗性應用任務，這標志著中國無人潛水器技術跨入了一個可覆蓋全海深探測與作業的新時代。

身長3.8米，鮮紅明黃的魚形外殼顏色靚麗，全海深電動機械手、高清攝像機……由中國科學院沈陽自動化研究所主持研制的“海斗一號”靈動矯健，游弋于藍天碧海間。

此次科考任務中，“海斗一號”在馬里亞納海溝實現了4次萬米下潛，深度分別為10884米、10907米、10802米、10863米，在高精度深度探測、機械手作業、近海底工作時間、聲學探測與定位、聲學通信作用距離及高清視頻傳輸等方面，創造了中國潛水器領域多項第一。

據介紹，“海斗一號”在國內首次利用全海深高精度聲學定位技術和機載多傳感器信息融合方法，完成了對馬里亞納海溝“挑戰者深淵”最深區域的巡航探測與高精度深度測量，獲取了完整的全海深剖面與深淵海底的溫鹽深、深度剖面洋流變化等數據，為日后研究提供支持。

借助具有完全自主知識產權的全海深機械手，“海斗一號”還多次開展了深淵海底樣品抓取、沉積物取樣、標志物布放、水樣采集等萬米深淵坐底作業，并利用高清攝像系統獲取了不同作業點的影像資料，為探索深淵地質環境特點和生物演化機制積累了寶貴素材。

自2016年7月項目啟動，“海斗一號”歷經兩年半，完成了關鍵技術攻關與測試驗證。4月23日，科考人員搭乘“探索一號”科考船如期開展海試。

伴隨著光纖微纜的徐徐吐出，“海斗一號”無動力下潛至萬米以下深度，自動探測到距離海底80米后，自主拋下潛壓載，“海斗一號”以近乎零浮力的狀態懸浮在萬米深淵近海底。這是5月9日“海斗一號”萬米“首秀”中的一幕。

“從海面至萬米深淵，密度、壓力、溫度等環境參數的變化會導致潛水器產生幾十公斤的浮力變化，在沒有先驗數據支撐的條件下，依靠項目組的浮力模型計算和配置，實現了‘海斗一號’萬米近海底的中性浮力狀態，這簡直是奇跡。”科考人員介紹。

5月14日，“海斗一號”再次下潛，在深度10907米近海底海區，開展了機械手觸發采水、機械手布放標志物、機械手沉積物取樣等操作，完成規劃的全部探測與作業內容后，主動拋載上浮，夜間安全回收。

在最后一次下潛任務中，“海斗一號”在“挑戰者深淵”10863米的北坡區域著底，高清攝像觀測到周邊類似巖石狀的海底凸起，本航次萬米海試和應用完美收官。

智能絞吸機器人

破解水下盲區取土難題

黃色的機身、厚厚的履帶、尖銳的絞吸頭……8月19日上午，常泰長江大橋6號主塔墩施工現場，一臺外形貌似微型“坦克”的智能履帶式絞吸機器人，被吊裝著慢慢進入主塔墩沉井內。

大型橋梁沉井作業的難點之一是“盲區”取土。由于水下地形復雜，沉井隔倉形成的盲區又難以視探，以往的吸泥設備，存在取土不均勻，沉井安裝傾斜、突然下沉的風險。智能履帶式絞吸機器人設計方介紹，他們自主研發的這款目前國內首個大型沉井水下取土的機器人，可以在水下行走，并能通過智能感應系統給沉井下沉的河床區域做“B超”，探明工作環境，將施工效率提升4—6倍，同時減少人力。

在建的常泰長江大橋是長江上首座集高速公路、城際鐵路、一級公路“三位一體”的過江通道，于2019年1月9日開建。其中主航道橋為主跨1176米的斜拉橋，超過今年7月1日剛剛開通運營的世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋——滬蘇通大橋。

由中鐵大橋局施工的6號墩沉井，是國內目前平面尺寸最大的水中沉井，相當于13個籃球場的面積、1.2萬輛家用小汽車的重量。

“目前，大型橋梁沉井施工最大的挑戰就是盲區取土困難。”中鐵大橋局常泰長江大橋項目經理湯忠國說，在6號墩沉井內，眾多鋼梁組合成一張蜘蛛網狀的隔倉，將沉井分隔成一個個空洞洞的井孔，這張“蜘蛛網”下的河床區域就是沉井施工的“盲區”。

“沉井下沉時，隔倉的倉底會遭遇泥土的阻力，下沉越深，阻力越大。而此次沉井的最大入土深度達48米，其中黏土層總厚度達21米，相對堅硬，這意味著阻力更大。以往的吸泥設備，有吸泥不均勻、取土量難以控制的問題，這可能存在沉井局部傾斜或者突然下沉的風險，會對沉井結構、沉井內的設備和施工人員造成威脅。”湯忠國介紹。

6號墩沉井的盲區占沉井平面總面積的45%，如何在這么大的水域看清沉井的取土情況，讓沉井安全著床?一年半前，湯忠國團隊開始設計智能履帶式絞吸機器人。

在施工現場，湯忠國介紹，他們為機器人設計了水下走行系統、水下智能感應系統、水下液壓電氣系統、自動絞吸排渣系統和岸上的操作控制系統，相當于一邊給沉井的水下作業環境做“B超”，一邊施工。

“每個井孔的水下地形有高低起伏，機器人處理完井孔中的泥土后，利用水下聲吶傳感和攝像設備，辨別盲區位置，并將感應信號傳到地面。工作人員設定吸泥深度等數據，通過調節液壓機械臂的角度，清理盲區泥土。這樣一來可以確保均勻取土，二來保護沉井的井壁不被破壞。”湯忠國說。

挖土后，機器人還會將泥土和殘渣吸到江面上運走。湯忠國說：“傳統吸泥設備每小時吸土約40立方米，但智能履帶式絞吸機器人可以吸土200立方米左右，工作效率提高4—6倍。”

替代蛙人

協助打撈落水者

2020年服貿會將于9月初舉行，而仿生鯊魚、水下機器人等多款海洋智能裝備已經“整裝待發”，它們將在服貿會服務機器人展區“大放異彩”，為觀眾帶來驚艷的展出效果。

在位于經開區的博雅工道(北京)機器人科技有限公司展示區，一個水下機器人(智能纜控無人潛航器)正在大水箱里“搜尋”。機器人通過攝像頭的實時監測以及聲吶掃描，可以成功確認水下目標物的具體位置。聲吶可以掃描前方300米以內的水域。

不遠處，在拿著手柄遙控機器人的工作人員面前，放著三個顯示屏。左邊顯示聲吶信息，中間顯示攝像頭畫面，“之所以兩個都要用，是因為有的地方水體渾濁，攝像頭看不清，大部分時間要依賴聲吶。右邊屏幕有記錄功能，可以為今后改進提供數據。”工作人員說。

據公司CEO熊明磊介紹，去年11月，這款機器人還在陜西水庫配合打撈船完成3名落水人員的打撈工作。蛙人可以下潛50米，而機器人可到達水深300米的水域，基本覆蓋了近海和內湖湖泊。就在今年6月，水下機器人剛剛參加了北京消防救援總隊的防汛抗洪應急演練。

2015年起，博雅工道自主研發了多款海洋智能裝備，如智能纜控無人潛航器、水陸兩用履帶車、智能仿生鯊魚無人潛航器等。

2019年收到有關部門陜西省水庫落水救援需求，博雅工道火速派遣團隊攜水下機器人進行水下探摸，最終完成對3名落水人員的打撈工作。2018年河北海事局針對渤海灣海上溢油問題，采用博雅工道提供的溢油回收技術方案，通過其水下機器人對海上溢油進行檢測，通過搭載專用裝置成功回收溢油，將經濟損失降至最低。

除了搜救落水人員，機器人還能檢查水下壩體是否存在裂縫。他說，機器人中最核心的一個配件為水下激光測距儀，由公司剛剛研發完成，填補了國內空白。“水下隧道和壩體如果有裂縫，需要了解開裂寬度，我們是國內唯一一個做出國產水下激光測距儀并達到亞毫米級的企業。”他說，以往這個配件進口要30萬，且須等待4周至8周。配件國產化之后，成本只有原來的1%，銷售在15萬。目前，公司自主研發的ROBO-ROV系列智能纜控無人潛航器平臺實現了國產化率90%以上。

(新媒體責編：zfy2019)