中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊    黨的十八大報告明確提出，提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟，保護海洋生態(tài)環(huán)境，堅決維護國家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強國。黨的十九大報告要求加快建設(shè)海洋強國。探索和認(rèn)識海洋需要包括水下機器人在內(nèi)的多種海洋技術(shù)裝備，“十二五”“十三五”期間，國家重點部署了4500m級和11000m級深海技術(shù)裝備的研制；“十四五”規(guī)劃進(jìn)一步提出，要在深海、極地等前沿領(lǐng)域?qū)嵤┮慌哂星罢靶浴?zhàn)略性的國家重大科技項目。深海探測、海洋資源開發(fā)利用等已成為新興戰(zhàn)略性領(lǐng)域，關(guān)注深海、聚焦深海資源的開發(fā)已上升為國家戰(zhàn)略。

近年來，水下機器人（UUV）在海洋科學(xué)研究、海洋工程及戰(zhàn)略高技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通常，水下機器人可分為自主水下機器人（AUV）和有纜遙控水下機器人（ROV）。AUV自帶能源自主航行，可執(zhí)行大范圍探測任務(wù)，但作業(yè)時間、數(shù)據(jù)實時性、作業(yè)能力有限。ROV依靠臍帶電纜提供動力，水下作業(yè)時間長、數(shù)據(jù)實時，作業(yè)能力較強，但作業(yè)范圍有限；近年來發(fā)展的混合式水下機器人—自主/遙控水下機器人（ARV）結(jié)合了AUV和ROV的優(yōu)點，自帶能源，通過光纖微纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，既可實現(xiàn)較大范圍探測，又可實現(xiàn)水下定點精細(xì)觀測及輕作業(yè)。ARV是信息型AUV向作業(yè)型AUV發(fā)展過程中的出現(xiàn)新型水下機器人。此外，水下滑翔機（glider）作為一種新技術(shù)平臺，適用于長時間、大范圍海洋環(huán)境觀測，近年來逐漸成熟。

水下機器人能夠在極端海洋環(huán)境下工作，到達(dá)人類難以到達(dá)的海區(qū)，在探索人類未知世界發(fā)揮越來越重要的作用。通過自主航行控制、導(dǎo)航定位通信、能源動力推進(jìn)、目標(biāo)探測識別、機械手作業(yè)等高新技術(shù)的不斷突破，水下機器人將有效推動在海洋環(huán)境觀測、深海資源探測和開發(fā)、深淵和極地的科學(xué)考察等領(lǐng)域的應(yīng)用。

國外水下機器人發(fā)展現(xiàn)狀

國外水下機器人研究已有近70年的歷史。以美國為代表的西方發(fā)達(dá)國家，先后研發(fā)了ROV、AUV、ARV，以及水下滑翔機等多種不同類型的水下機器人，成功用于深海資源調(diào)查、海洋科學(xué)考察、水下搜索救撈等領(lǐng)域。

目前全球有上百家ROV制造商，正在使用的ROV數(shù)以千計，而且還在繼續(xù)增長。其中美國、加拿大、英國、法國和日本等發(fā)達(dá)國家在ROV領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，占據(jù)了絕大部分的商用市場份額。美、日、俄、法等國家已經(jīng)擁有了從水面支持母船到潛深3000—11000m的系列深海裝備，通過裝備之間的相互支持、聯(lián)合作業(yè)和安全救助等，能夠順利完成水下調(diào)查、搜索、采樣、維修、施工和救撈等任務(wù)。

自20世紀(jì)50年代美國華盛頓大學(xué)研制出世界上首臺AUV以來，其發(fā)展已經(jīng)歷了60余年。20世紀(jì)90年代后期，隨著計算機技術(shù)發(fā)展和電子技術(shù)的日益成熟，AUV進(jìn)入快速發(fā)展階段，一批有影響的AUV相繼研制成功并成功應(yīng)用，包括美國的ABE、英國的Autosub、加拿大的Theseus。進(jìn)入21世紀(jì)，AUV技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，產(chǎn)品化的AUV不斷涌現(xiàn)，如美國Hydroid公司的Bluefin系列、挪威Kongsberg公司的REMUS系列和HUGIN系列、美國Teledyne公司的Gavia系列，標(biāo)志著AUV進(jìn)入了實際應(yīng)用階段。

美國、日本等海洋強國先后研成功研制于不同工作目標(biāo)的ARV，其研究成果得到國際廣泛認(rèn)可。最具代表性的是美國伍茲霍爾海洋研究所研制的HROV Nereus（“海神”號），具有AUV、ROV兩種作業(yè)模式，但需要在機器人下水前現(xiàn)場進(jìn)行作業(yè)工作的換裝。自2011年起，在“海神”號基礎(chǔ)上，針對極地海冰調(diào)查，伍茲霍爾海洋研究所開始研制新的混合型水下機器人Nereid UI，其最大工作水深2000m，攜帶20km的光纖微纜，并搭載多種生物、化學(xué)傳感器，可進(jìn)行大范圍的冰下觀測和取樣等作業(yè)。

國外水下滑翔機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用主要集中于美國、法國、英國和澳大利亞等國。20世紀(jì)90年代，美國相繼開發(fā)成功Slocum、Seaglider和Spray3種水下滑翔機，并持續(xù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用。此外，歐洲和澳大利亞從21世紀(jì)開始專注于水下滑翔機的應(yīng)用和協(xié)作技術(shù)的研究，并組建了各自的水下滑翔機觀測網(wǎng)絡(luò)。

總結(jié)國外水下機器人目前發(fā)展的現(xiàn)狀，ROV已產(chǎn)業(yè)化并被廣泛使用，其發(fā)展更強調(diào)作業(yè)能力，以及提高其作業(yè)的自主性；由于水下能源、通信和導(dǎo)航技術(shù)的約束，AUV依然是當(dāng)前研究的熱點并且正在經(jīng)歷產(chǎn)品化的過程，系列化的產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)；ARV技術(shù)在極地和深淵科考中的應(yīng)用，有效拓展了AUV的應(yīng)用領(lǐng)域；水下滑翔機作為低成本大范圍海洋觀測設(shè)備，通過獲取海量數(shù)據(jù)，改變了人類對海洋的認(rèn)識。水下機器人技術(shù)的發(fā)展，離不開需求牽引的廣泛應(yīng)用，正是不斷地應(yīng)用，推動了水下機器人的技術(shù)進(jìn)步。本文重點介紹我國水下機器人應(yīng)用現(xiàn)狀。

我國水下機器人應(yīng)用現(xiàn)狀

我國的水下機器人研究工作始于20世紀(jì)70年代末期。40多年來，我國水下機器人技術(shù)得到了快速發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，在科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院、中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會（以下簡稱“中國大洋協(xié)會”）等部門和組織的支持下，以“潛龍/探索”系列自主水下機器人、“海星/海龍/海馬”遙控水下機器人、“海斗”系列自主遙控水下機器人、“海翼/海燕”系列水下滑翔機等為代表的深海技術(shù)裝備成功研制與應(yīng)用，帶動了深海技術(shù)的進(jìn)展，極大地提高了我國深海科學(xué)研究與深海資源勘探水平。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所（以下簡稱“沈陽自動化研究所”）是我國最早開展水下機器人研究的單位，其研制的海洋技術(shù)裝備在一定程度上反映了中國水下機器人的研究進(jìn)展。下面，以沈陽自動化研究所為例，介紹我國水下機器人應(yīng)用現(xiàn)狀。

積極推動我國水下機器人在深海領(lǐng)域的持續(xù)應(yīng)用

初步構(gòu)建我國深海資源自主勘查的技術(shù)裝備體系

深海蘊藏著地球上遠(yuǎn)未認(rèn)知和開發(fā)的寶藏，是人類社會謀求未來生存與發(fā)展的重要戰(zhàn)略新疆域。隨著人類社會的高速發(fā)展，對各種資源的需求不斷攀升，陸地資源面臨日益緊張的局面，開發(fā)和利用深海礦產(chǎn)資源是人類可持續(xù)發(fā)展的重要保障。深海礦產(chǎn)資源被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的陸地礦產(chǎn)接替資源，作為人類尚未開發(fā)的寶地和高技術(shù)領(lǐng)域之一，已經(jīng)成為各國的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。自2001年起，我國已經(jīng)獲得了包括多金屬結(jié)核、多金屬硫化物、富鈷結(jié)殼等3種資源類型在內(nèi)的5個大洋海底勘探合同區(qū)，成為資源種類最全、勘探合同區(qū)最多的國家之一，有效地拓展了國家戰(zhàn)略資源的新來源。這些礦區(qū)的前期開發(fā)申請及勘探合同簽訂后，都需要高精度、高效的探測裝備。

“十三五”期間，為滿足現(xiàn)有國際海底礦區(qū)勘查和新礦區(qū)圈定的迫切需要，在國家重點研發(fā)計劃、中國大洋協(xié)會、國際海域資源調(diào)查與開發(fā)等項目的支持下，沈陽自動化研究所聯(lián)合國內(nèi)多家機構(gòu)，攻克復(fù)雜海底環(huán)境下的高精度導(dǎo)航、自主避障和穩(wěn)定航行控制等多項關(guān)鍵技術(shù)，成功研制了具有微地形地貌測量、海底照相、水體異常探測、磁力探測等功能的深海資源自主勘查系統(tǒng)——“潛龍”系列深海AUV（圖1）。結(jié)合探測任務(wù)及海底環(huán)境，“潛龍一號”和“潛龍四號”設(shè)計為圓柱回轉(zhuǎn)體，適用于海底相對平坦礦區(qū)；“潛龍二號”和“潛龍三號”設(shè)計為立扁魚型非回轉(zhuǎn)體，適用于復(fù)雜海底地形礦區(qū)。“潛龍”系列深海AUV用于多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物、天然氣水合物等多種深海資源的精細(xì)勘查，填補了我國深海資源自主勘查的空白。“潛龍”系列深海AUV先后參加了10余次大洋科考航次，在太平洋、大西洋、印度洋等海域開展航次應(yīng)用，累計下潛近百次，完成聲學(xué)探測測線超過5000km，聲學(xué)探測面積近2000km²。根據(jù)“潛龍”系列深海AUV獲取的海底多元數(shù)據(jù)，科學(xué)家對深海礦產(chǎn)資源的分布和成礦機理有了重要發(fā)現(xiàn)，為礦區(qū)區(qū)域放棄和后續(xù)資源開發(fā)提供了精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和模型。

初步構(gòu)建我國海洋科學(xué)研究的自主觀測與作業(yè)技術(shù)體系

海洋科學(xué)是海洋技術(shù)發(fā)展的源泉，海洋技術(shù)是海洋科學(xué)創(chuàng)新的動力。歷史上，海洋學(xué)的創(chuàng)新都源自海洋調(diào)查觀測的結(jié)果，海洋科學(xué)的創(chuàng)新研究與海洋觀測和探測技術(shù)密不可分。在國家“863”計劃、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持下，沈陽自動化研究所成功研制出“探索”系列自主水下機器人、“海星6000”遙控水下機器人、“海翼”系列水下滑翔機等裝備并取得重大突破，初步構(gòu)建了面向海洋科學(xué)研究的自主觀測與作業(yè)技術(shù)體系，成功在西太平洋、印度洋、南海、東海、黃海等海域開展應(yīng)用，實現(xiàn)多水下機器人集群組網(wǎng)探測，開啟了我國海洋科考新模式。

面向海洋科學(xué)研究需求，在國家重點研發(fā)計劃的支持下，沈陽自動化研究所研制的“探索100”是一套集聲學(xué)探測和光學(xué)觀測的50kg級模塊化便攜式AUV，實現(xiàn)了小批量制造，在突破無人潛水器協(xié)同控制組網(wǎng)觀測等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了基于聲通信的多AUV組網(wǎng)觀測應(yīng)用。2019—2020年，由多臺“探索100”（圖2）組成的水下機器人組網(wǎng)觀測系統(tǒng)開展了多項海洋特征觀測海上試驗及示范應(yīng)用。利用多臺AUV對大亞灣冷水團入侵和岬角渦旋現(xiàn)象進(jìn)行觀測，首次獲得了大亞灣海域高分辨率的冷水團入侵和岬角渦旋精細(xì)結(jié)構(gòu)特征，為研究上升流冷水對大亞灣底層生態(tài)系統(tǒng)的影響提供依據(jù)。在重點海區(qū)利用多AUV開展了協(xié)同熱點區(qū)域搜索、編隊和溫躍層協(xié)同觀測試驗，以及海洋環(huán)境場自適應(yīng)觀測應(yīng)用示范，按實時規(guī)劃的航跡，對環(huán)境場變化最快的海域進(jìn)行觀測，有效修正了該海域海洋系統(tǒng)模式，提高了海洋環(huán)境場預(yù)測精度。 

“探索4500”是一套集成微地形地貌測量、海底照相、熱液異常探測等傳感器的4500m級AUV，可在深海熱液活動區(qū)和冷泉區(qū)開展精細(xì)聲學(xué)探測、近底光學(xué)觀測。自2017年起，“探索4500”多次參加海上應(yīng)用，包括冷泉區(qū)近底自主高精度探測，與“海馬”號ROV在南海北部陸坡海域開展聯(lián)合調(diào)查等任務(wù)。“探索4500”在水體觀測和光學(xué)調(diào)查任務(wù)中，獲得大量水體觀測數(shù)據(jù)和高清海底照片，拍攝到具有“冷泉”特征的海底生物（圖3），為發(fā)現(xiàn)新的海底大型活動性“冷泉”，查明其分布范圍、生物群落及流體活動等奠定堅實基礎(chǔ)。

“海星6000”是我國首臺自主研發(fā)面向科考應(yīng)用的6000m級ROV裝備，最大作業(yè)功率50HP^①，最大工作深度6000m，采用全電動推進(jìn)，搭載有七功能機械手、回轉(zhuǎn)生物吸取樣器、宏生物采集箱、沉積物取樣器、采水瓶等深海科考工具，具備浮力調(diào)節(jié)和水下廣播級高清視頻拍攝，可進(jìn)行近海底采樣作業(yè)。在2018年科考航次中，“海星6000”（圖4）連續(xù)工作數(shù)小時，完成了6000m近海底航行觀察、生物調(diào)查、海底表層沉積聚成物獲取、泥樣和水樣采集、模擬黑匣子搜索打撈、標(biāo)識物放置等，最大工作深度6001m，創(chuàng)造我國ROV最大潛深的紀(jì)錄。

水下滑翔機是一種依靠浮力調(diào)整洋流驅(qū)動的新型水下機器人，無螺旋槳推進(jìn)器，具有長續(xù)航力優(yōu)勢。2009年，“海翼1000”在國內(nèi)率先突破海上航行距離1000km的基礎(chǔ)上，2021年，“海翼1000”滑翔機海上航行距離已經(jīng)超過5000km，最長持續(xù)工作302天，觀測剖面數(shù)超過1500條，再次創(chuàng)造我國水下機器人續(xù)航力新紀(jì)錄。

在單體性能提升的基礎(chǔ)上，“海翼”水下滑翔機連續(xù)開展海洋科考航次集群應(yīng)用。2017年7月，首次開展多水下滑翔機協(xié)同觀測任務(wù)，創(chuàng)造了當(dāng)時我國海上連續(xù)工作時間最長、航行距離最遠(yuǎn)、觀測剖面數(shù)最多的紀(jì)錄，為開展深海海洋環(huán)境精細(xì)探測提供了系統(tǒng)解決方案。2019年，11臺“海翼”水下滑翔機完成西北太平洋中尺度渦旋（冷渦）綜合觀測。2020年，12臺“海翼”水下滑翔機（圖5）完成印度洋聯(lián)合海洋與環(huán)境研究計劃（JAMES研究計劃）冬季調(diào)查任務(wù)。2021年，8臺“海翼”水下滑翔機作為重要調(diào)查裝備參加了由中國科學(xué)院海洋研究所組織的國家自然科學(xué)基金共享航次計劃西太平洋科學(xué)考察實驗研究任務(wù)，成功完成西太平洋集群觀測應(yīng)用。“海翼”水下滑翔機的規(guī)模化應(yīng)用，標(biāo)志著我國水下滑翔機達(dá)到實用化應(yīng)用水平。

全面引領(lǐng)我國水下機器人在深淵領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用

近年來，深淵科學(xué)正成為國際地球科學(xué)尤其是海洋科學(xué)的最新前沿領(lǐng)域。隨著深淵探測技術(shù)瓶頸被逐步突破，深淵科學(xué)研究成為我國占領(lǐng)國際海洋科學(xué)研究制高點的重要機會，對我國海洋科學(xué)事業(yè)的發(fā)展乃至國家整體科學(xué)創(chuàng)新實力的提高均發(fā)揮了重要的推動作用。

在中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項支持下，沈陽自動化研究所自主研制的全海深無人潛水器關(guān)鍵技術(shù)驗證平臺——“海斗”號（圖6），是我國首臺下潛深度超過萬米的水下機器人，搭載有溫鹽深儀和高清水下攝像機等傳感器和設(shè)備，最大工作水深11000m，可通過微細(xì)光纜進(jìn)行通信和視頻傳輸。2016—2018年，“海斗”號連續(xù)3年參加我國馬里亞納海溝深淵科考航次。“海斗”號總計下潛40次，其中11次到達(dá)萬米以下深度，最大下潛深度10905m，創(chuàng)造我國水下機器人最大下潛及作業(yè)深度記錄，獲得我國首批全海深溫鹽深數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)我國首次全海深高清視頻直播。

2020年5月，在國家重點研發(fā)計劃支持下，沈陽自動化研究所牽頭研制的“海斗一號”自主遙控水下機器人（圖7）在馬里亞納海溝成功完成首次萬米海試與試驗性應(yīng)用，最大下潛深度10907m，為我國開展深淵科考獲取了首批重要數(shù)據(jù)和樣品，填補了我國萬米級作業(yè)型無人潛水器的空白。

2021年10月，“海斗一號”再次開展馬里亞納海溝萬米科考應(yīng)用，總計完成8次萬米深潛與作業(yè)，最大深度10908m，海底累計工作超30h、航程超30km、探測覆蓋面積超15km²，海底有效高清視頻時長超15h，獲取了8個點位或區(qū)域的典型萬米深淵水文、生物、地質(zhì)等數(shù)據(jù)或樣品。在國際上首次實現(xiàn)了對“挑戰(zhàn)者深淵”西部凹陷區(qū)的大范圍全覆蓋聲學(xué)巡航探測。“海斗一號”的成功應(yīng)用，表明了我國全海深無人潛水器正式跨入萬米科考應(yīng)用的新階段，填補了當(dāng)前國際上全海深無人潛水器萬米科考應(yīng)用的空白。

持續(xù)探索我國水下機器人在極地的科考應(yīng)用

南、北極對全球系統(tǒng)影響非常關(guān)鍵，其變化將直接影響到全球的氣候和海洋環(huán)境的變化。我國堅持南、北極科學(xué)考察是實現(xiàn)我國海洋防災(zāi)減災(zāi)、揭示全球氣候變化、動態(tài)海洋過程形成和演變機理的重要活動。水下機器人作為一種先進(jìn)的運動平臺，搭載有關(guān)的觀測設(shè)備，可為極地海洋環(huán)境研究提供一種大范圍、連續(xù)的觀測手段，推動南、北極科學(xué)研究的不斷發(fā)展。沈陽自動化研究所從2003年參加我國第二次北極科學(xué)考察以來，一直致力于推動水下機器人在極地科考中的探索應(yīng)用，相繼突破極地密集海冰覆蓋安全回收、高緯度冰下導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù)，研制和優(yōu)化改造了一系列高技術(shù)水下機器人科考裝備，實現(xiàn)了從冰底精細(xì)觀測、海洋環(huán)境大范圍觀測到近海底高精度探測的技術(shù)跨越。

實現(xiàn)海冰底局部觀測到海底大范圍探測的技術(shù)跨越

在國家“863”計劃支持下，沈陽自動化研究所先后研制了兩型北極自主/遙控水下機器人（圖8），搭載海冰測厚聲吶、光通量探測儀、視頻觀測等設(shè)備，分別于2008年、2010年和2014年參加了我國北極科學(xué)考察，獲取了北極海冰底部物理特征和海洋環(huán)境等重要參數(shù)，實現(xiàn)了海冰厚度的區(qū)域高精度測量。

2021年，在中國第12次北極科考中，升級改造后的“探索4500”在北緯85°海域成功完成下潛探測（圖9），這是我國首次使用自主水下機器人完成北極高緯度海冰區(qū)近海底科考任務(wù)。“探索4500”在4000m海底連續(xù)工作，成功獲取了近底高分辨多波束、水文及磁力數(shù)據(jù)。其連續(xù)成功下潛為我國不斷深化對北極洋中脊多圈層物質(zhì)能量交換及地質(zhì)過程的探索和認(rèn)知提供了重要數(shù)據(jù)資料。 

實現(xiàn)我國水下機器人南極科考中首次示范應(yīng)用

面向南大洋海洋環(huán)境調(diào)查任務(wù)，沈陽自動化研究所對“探索1000”AUV進(jìn)行了適應(yīng)性改造，搭載溫鹽深、溶解氧、濁度計、葉綠素等傳感器，以提高南極浮冰覆蓋的海洋環(huán)境適應(yīng)性，于2019年和2020年先后兩次參加中國南極科考，為考察隊執(zhí)行羅斯海多環(huán)境要素綜合調(diào)查提供了重要技術(shù)支撐。

在第35次南極科考中，“探索1000”以南極極區(qū)海洋觀測應(yīng)用為目的，獲得南極南緯75°海域海洋要素數(shù)據(jù)，驗證了南極環(huán)境下自主導(dǎo)航、穩(wěn)定航行、自主安全潛浮等功能和性能。在第36次南極科考中，“探索1000”（圖10）水下連續(xù)工作35h，航程近70km，完成了近20個垂直剖面的連續(xù)觀測，獲得了海流、溫度、鹽度、濁度、溶解氧及葉綠素等大量水文探測數(shù)據(jù)，驗證了我國自主水下機器人在極端海洋環(huán)境下開展科學(xué)探測的實用性和可靠性，為我國水下機器人南極科學(xué)考察業(yè)務(wù)化運行奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

近年來，在國家有關(guān)部門的大力支持下，我國水下機器人技術(shù)研發(fā)與科考應(yīng)用能力有了長足的進(jìn)步，多項技術(shù)裝備填補了國內(nèi)空白，部分技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。面向深海資源勘查、海洋科學(xué)研究等國家重大需求，構(gòu)建了譜系化技術(shù)裝備體系，引領(lǐng)了我國水下機器人裝備發(fā)展，實現(xiàn)了深海資源近底高精度聲光綜合探測、深海原位取樣及分析探測、超長航程跨季度跨海域持續(xù)觀測及深淵海溝、南極和北極冰下探測，使我國具備了全海深探測與作業(yè)能力。在推動材料、流體和聲學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上，不斷推動設(shè)立機器人海洋學(xué)、機器人測繪學(xué)等新型學(xué)科，帶動傳感器、能源、推進(jìn)、導(dǎo)航、通信等技術(shù)的進(jìn)步，推動了我國深海科學(xué)研究與技術(shù)裝備研發(fā)的緊密結(jié)合。

水下機器人應(yīng)用的成功經(jīng)驗表明，堅持走深海技術(shù)國產(chǎn)化道路是我國的正確選擇。我國具有全面自主掌握深海核心關(guān)鍵技術(shù)的能力和潛力。堅持“戰(zhàn)略先導(dǎo)先行—重大研發(fā)任務(wù)攻關(guān)—示范應(yīng)用”的路線，加強原創(chuàng)性、前瞻性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，把裝備制造牢牢抓在自己手里，從而為海洋強國建設(shè)發(fā)揮更大作用。

水下機器人應(yīng)用展望與建議

面向未來更復(fù)雜、更極端的應(yīng)用場景，需要提高單體水下機器人的智能化水平。通過開展新型能源材料、流體力學(xué)、控制導(dǎo)航等傳統(tǒng)學(xué)科與新興學(xué)科的跨學(xué)科交叉融合與技術(shù)創(chuàng)新，推動人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與水下機器人技術(shù)的深度融合。人工智能方法已經(jīng)在機器人視覺、移動機器人和工業(yè)機器人控制等方面展現(xiàn)出優(yōu)越的環(huán)境適應(yīng)性；隨著社會信息化不斷提高，大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)運而生，且獲得了廣泛的應(yīng)用。這些先進(jìn)技術(shù)為水下機器人智能化提供了新思路和新方法，例如：采用人工智能方法，可提高水下機器人的環(huán)境感知理解、自主行為決策等智能化水平；采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可提升水下機器人健康自評估和修復(fù)、目標(biāo)動態(tài)識別等能力。研發(fā)新一代智能水下機器人，進(jìn)一步完善水下機器人譜系化裝備體系，實現(xiàn)水下機器人向智能水下機器人的技術(shù)跨越，已成為水下機器人未來的發(fā)展趨勢。

面向未來更廣泛、更迫切的國家需求，需要充分利用不同類型水下機器人的技術(shù)特點，提高水下機器人集群綜合探測能力。突破跨域集群多源實時感知、多源信息融合、即時決策響應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)機器人間的互聯(lián)互通，構(gòu)建多機器人跨域集群協(xié)同探測與作業(yè)系統(tǒng)，為實現(xiàn)海洋應(yīng)用提供前瞻技術(shù)儲備。

面向我國深海技術(shù)裝備的未來應(yīng)用，從研發(fā)極端環(huán)境裝備、長期駐留科考、無人化科考、科學(xué)問題認(rèn)知等方面，提出4點發(fā)展建議。

（1）研發(fā)適應(yīng)極端海洋環(huán)境的深遠(yuǎn)海科考裝備。面向南極、北極、深淵海溝等“三極”極端海洋環(huán)境應(yīng)用的需求，提高自主環(huán)境感知、復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)、智能決策與自主生存等技術(shù)。研發(fā)超長航時海洋中小尺度觀測系統(tǒng)、穿越北極自主水下機器人、環(huán)南大洋跨年連續(xù)觀測水下機器人、南極冰腔探測作業(yè)機器人等。通過水下機器人的技術(shù)進(jìn)步，提高人類對海洋的認(rèn)知水平，深刻理解海洋對全球氣候變化的影響。

（2）實現(xiàn)從航次型科考模式向深海長期駐留型科考模式的轉(zhuǎn)變。針對深淵科考、深海礦產(chǎn)資源開采和深海油氣資源開發(fā)等需求，突破海洋裝備駐留海底所需解決的長期防腐蝕、高速信息交互、高效能源補給、模塊化換裝、區(qū)域全場景監(jiān)控及自主作業(yè)等關(guān)鍵技術(shù)。構(gòu)建海底基站原位觀測與智能水下機器人大范圍觀測探測相結(jié)合的近海底科考體系，實現(xiàn)我國深海海底開展長期駐留連續(xù)科考與作業(yè)，深刻理解全球氣候變化對海洋海底環(huán)境的影響。 

（3）實現(xiàn)從有人科考向無人化科考模式的轉(zhuǎn)變。面向更極端海洋觀測與探測的需求，全面提升海洋科考效率，構(gòu)建高海況適應(yīng)的少人化或無人智能船與水下機器人深入融合的綜合科考體系。突破高海況適應(yīng)科考母船建造、水下機器人高效布放回收、遠(yuǎn)程虛擬的水下科考作業(yè)操作、自動化實驗室樣品處理與分析等技術(shù)。通過技術(shù)進(jìn)步，降低海上科考隊規(guī)模，提升海上無人裝備應(yīng)用水平，減少惡劣海況對科考作業(yè)的影響。

（4）不斷提高海洋重大基礎(chǔ)性科學(xué)問題認(rèn)識水平。依托智能船和海洋機器人觀測探測技術(shù)，不斷深化對臺風(fēng)、內(nèi)波、生態(tài)環(huán)境等海洋重大科學(xué)問題的認(rèn)識。深化臺風(fēng)極端海洋動態(tài)過程認(rèn)識，構(gòu)建臺風(fēng)過程大氣-海氣界面-上層水體“跨界面”立體觀測系統(tǒng)；突破臺風(fēng)核心區(qū)跟隨觀測瓶頸，揭示臺風(fēng)-海氣耦合機制，提高預(yù)報精度，助力臺風(fēng)災(zāi)害預(yù)防。深化海洋中小尺度過程極端海洋動態(tài)過程認(rèn)識，構(gòu)建中小尺度過程“跨尺度”長時間立體同步觀測系統(tǒng)；突破全周期立體協(xié)同動態(tài)跟蹤觀測瓶頸，揭示內(nèi)波生消機制，實現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)報，提升安全保障能力。深化海洋生態(tài)環(huán)境極端動態(tài)過程認(rèn)識，構(gòu)建海洋生態(tài)環(huán)境“跨學(xué)科”四維立體長時續(xù)觀測系統(tǒng)；突破全方位高效動態(tài)協(xié)同觀測瓶頸，揭示生態(tài)環(huán)境耦合機理，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)和示范應(yīng)用，中國構(gòu)建了譜系化的水下機器人的裝備體系，具備了開展不同類型水下機器人的正向設(shè)計能力。站在新的歷史發(fā)展階段，推動產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，加快構(gòu)建水下機器人工業(yè)化體系，加強行業(yè)應(yīng)用，努力提升水下機器人對我國海洋經(jīng)濟的貢獻(xiàn)度，為我國加快海洋強國建設(shè)作出更重要的科技貢獻(xiàn)。

（作者：李碩、李一平、趙宏宇，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機器人學(xué)國家重點實驗室 中國科學(xué)院大學(xué)；吳園濤，中國科學(xué)院重大科技任務(wù)局；李琛，中國科學(xué)院重大科技任務(wù)局。《中國科學(xué)院院刊》供稿）

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