产学研成果加速涌现__水下机器人未来可期_刘京运.pdf

Robot industry Forum智能论坛海洋是孕育生命的摇篮，人类文明的发展与之息息相关。俯瞰地球，深蓝色面积占比达七成，世界因海洋而紧密连接。面对浩瀚的蓝色沃土，探索者的脚步千百年来未曾停歇，从帆船到蒸汽机船再到内燃机船，人类的脚步越走越远，对海洋的向往也随着科技的进步不断加深。机器人的出现，进一步拓展了人类认识海洋的视野。20 世纪 80 年代，中国科学院正式立项，由中国工程院院士蒋新松担任总设计师，开展智能机械在海洋中的应用研究。之后，我国首台水下机器人“海人一号”问世，并成功完成海上试验，最深下潜深度达 199 米，开启了我国水下机器人的璀璨华章。产学研成果加速涌现水下机器人未来可期水下世界充满奇幻和未知，水下机器人的出现为人类探索深蓝插上了一双翅膀。近年来，我国水下机器人事业发展成就喜人，产学研争相发力，勾勒出一幅光明的产业蓝图。文/刘京运32 机器人产业|ROBOT INDUSTRYDOI:10.19609/10-1324/tp.2023.01.005 2023 年第 1 期 33产学研成果加速涌现 水下机器人未来可期海浪奔腾不舍昼夜，科技创新百尺竿头。在一代又一代科研人的接续奋斗下，机器人的足迹已触达万米深海，并在科考、养殖、船舶清洁等方面实现成熟应用，成为经略海洋的重要装备。沈自所成为我国水下机器人领域的一面旗帜 海洋蕴含丰富的石油、天然气、金属等宝贵资源，但由于环境复杂，勘探和开采难度较大。然而，水下机器人的出现有力推动了海洋经济的发展。说起水下机器人，就不得不提到中国科学院沈阳自动化研究所（以下简称“沈自所”），作为我国机器人事业的摇篮，沈自所在机器人技术创新方面始终走在前列，水下机器人的研发实力更是全国闻名，许多水下机器人的背后都有沈自所的身影。2013 年 3 月，由 中 国 大 洋 矿 产 资 源研究开发协会办公室立项，沈自所牵头研制 的 深 海 AUV（autonomous underwater vehicle，自主水下机器人），成功完成湖上试验，并被正式命名为“潜龙一号”。潜龙一号主要应用于深海资源勘察，重点调查海底多金属结核资源，同时可以对海底地形地貌、海洋环境参数等进行调查研究。“国际海底资源，理论上是全人类共有，但是哪个国家有技术，能拿到多金属结核，哪个国家就有优先开采权。”中国工程院院士封锡盛表示。作为我国自主研制的首台 6000 米水下无人无缆潜器，潜龙一号在刘京运 本刊副主编图 1 奋斗者号万米载人潜水器模型Robot industry Forum智能论坛34 机器人产业|ROBOT INDUSTRY海试、航次应用中都取得了圆满成功，推动我国在深海资源勘察方面实现重大进步。在潜龙一号的基础上，潜龙二号进一步升级，在多金属硫化物资源勘探方面具备独特优势。同时，潜龙二号也是我国首台获得中国船级社（CCS）入级证书的无人潜水器。与潜龙二号拥有相似外观的潜龙三号，工作稳定性和可靠性更加突出，刷新了我国自主潜水器深海航程最远纪录，实现连续航行 42 小时 48 分钟，航程156.82 公里。如今，潜龙四号也已成功投入科考应用，“潜龙”家族代表了国内深海 AUV 的最高水平。除此之外，人们熟知的蛟龙号载人潜水器也属于水下机器人家族。2012 年，蛟龙号在马里亚纳海沟下潜 7062 米，创造了世界同类型载人潜水器最大下潜深度纪录，意味着蛟龙号可以在世界 99.8%的海域中穿行作业。下潜深度持续刷新，2020 年，奋斗者号载人潜水器成功坐底马里亚纳海沟，坐底深度达 10909 米，创造了我国载人深潜新的记录。事实上，这些骄人成绩的背后，都有沈自所参研的身影。如今，当人们谈到水下机器人，脑海中常常会联想到沈自所，沈自所已然成为我国水下机器人领域的一张靓丽名片。高校成为水下机器人创新生力军2021 年 12 月，工业和信息化部等十五部门印发“十四五”机器人产业发展规划，明确提出研制水下探测、监测、作业、深海矿产资源开发等水下机器人。近年来，高校作为科研领域的重要创新力量，在水下机器人研发方面取得了丰硕成果。水利工程关系民生，为保障工程安全，需要定期对水利建筑进行检修。传统的巡检作业，需要工人穿戴潜水设备进行，受能见度、水压等环境影响，作业难度大且强度高。针对这一现实痛点，三峡大学成 2023 年第 1 期 35产学研成果加速涌现 水下机器人未来可期功研制出水下检修机器人样机，并顺利完成初步测试，可以在水下进行裂缝识别，并实现机械臂定位修复功能，具有重要实用价值和推广前景。此外，三峡大学水下机器人团队，还多次参加国际和国内相关赛事，屡获佳绩，作品包括仿生推进水下机器人、螺旋桨水下机器人、仿生机器鱼等，形成了良好的创新氛围。作为工业和信息化部直属高校，哈尔滨工程大学在水下机器人研发方面硕果累累。海上钻井、采油等作业平台长年受到风浪冲击和海水侵蚀，结构物的焊缝处容易出现断裂，因此需要定期排查安全隐患。在深水域执行检测作业，风险较大，且专业人员数量有限，难以充分满足现实需求。在此背景下，哈尔滨工程大学成功研制出国内首套海洋结构物水下无损检测机器人，作业深度可达水下 500 米，实现了国内水下无损检测的工程化示范应用。成绩的取得离不开长期的积累和传承，船舶工程学院副教授王刚表示，学院注重培养学生的实践能力，本科生入学后就可以加入研发团队。2022 年 8 月，首届世界大学生水下机器人大赛在青岛顺利举办，来自 11 个国家的队伍同台竞技，最终哈尔滨工程大学获得 6 个一等奖，6 个二等奖和 10 个三等奖的优异成绩。此外，北京航空航天大学团队受到自然界鱼的启发，成功研制出一款跨介质吸附仿生机器人，研究成果在 2022 年 5 月登上科学机器人杂志。中国海洋大学研制的“旗鱼”系列 AUV，具备高智能性、自主性和灵活性，在资源调查、应急搜救等领域具有重要应用价值。企业引领水下机器人产业化进程我国海岸线漫长，江河湖泊资源丰富，水下机器人市场发展潜力较大。近年来，随着水下机器人需求的不断涌现，创业者快速聚集，大额融资频频引发社会关注。以 2022 年为例，鳍源科技完成数千万元 B2轮融资，潜行创新完成数千万元 B 轮融资，持续推动水下机器人赛道升温。如今，大众创业万众创新成为时代主流，水下机器人落地步伐随之加快。位于北京经济技术开发区的博雅工道，自主研发了多款水下机器人设备及关键零配件，拥有 300 余项自主专利，被评为国家级专精 特 新“小 巨 人”企 业。2021 世 界 机 器人大会期间，博雅工道展示的智能仿生鲨图 2 船体检测与清理机器人Robot industry Forum智能论坛36 机器人产业|ROBOT INDUSTRY鱼吸引了参会者的目光，下潜深度 600 米1000 米，操控距离 10 公里，突破了水下通信障碍，能够测绘水下地形和水质，产品亮点展示出本土企业在技术创新方面的优秀实力。更多优秀企业正在崛起。2022 年中国国际服务贸易交易会期间，大连探索海洋科技有限公司研制的船体检测与清理机器人对外亮相。依托机身搭载的具有图像增强算法的水下高清摄像头和新型水下触觉感知系统，机器人能够对自身运动状态和周边环境进行监测，在水下稳定执行相关作业。2022 年 9 月，纳百与宁波出入境边防检查站达成签约，共同推进水下机器人检测技术的研发与应用，加快边检智能化建设。进出口贸易规模的扩大，使港口船舶日益增加，边检任务更加繁重。借助水下机器人，可以对水下情况进行远程巡检，有效降低了检查成本。2022 年 11 月，在2022 中国海洋经济博览会上，吉影科技展示了旗下水下机器人产品。作为水下智能设备研发和生产商，吉影科技推出了吉影T1、吉影 T1 Pro 等水下机器人，并搭载适配接口，可拓展多种专业设备，凸显实用价值。2022 年 11 月，工业和信息化部公布了“2022 年中国优秀工业设计奖”，罗博飞海洋主研，联合台州旗鱼共同工业设计的 LBF-300S 全姿态水下机器人摘得银奖。该款机器人搭载 8 个大功率推进器，可在强海流环境中稳定操控，并且能够携带机械臂执行作业，在水下探测、搜救等领域具备应用潜力。在产学研共同推动下，我国水下机器人事业发展不断取得新突破，机器人正以前所未有的昂扬姿态挺进深蓝，价值前景令人期待。在线阅读（节选）