海底AI革命一鳴驚人,探訪水下仿生機器人「黑科技」

雖然目前的水下機器人並非能像人一樣進行獨立地、全面地思考與執行，但如果未來有高質、低成本的解決方案進入市場的話，相信該領域會有一個井噴式的發展。相關數據顯示，到 2020 年中國無人潛航器的市場規模就能達到 800 億元人民幣級別，軍用無人潛器的市場也將達到 300 億元規模。

　　海底AI革命一鳴驚人 探訪水下機器人「黑科技」

　　自古以來，人類一直在致力于海底世界的探索。從神秘炫酷的軍事潛水艇到集高科技於一身的水下機器人，海底工業革命一直在悄悄地進行著。而近日美國的無人潛航器事件，又進一步掀開了水下機器人的面紗。那麼這種無人潛航器到底又是什麼東西呢？

　　無人潛航器又被稱為「潛水機器人」或「水下機器人」，你可以把它理解為水下無人機，有軍用跟民用之分。按照操控的方式，它可以分為遙控型（ROV）和自主型（AUV）兩種。ROV 是拴在宿主艦船上，由操作人員持續控制；AUV 則是可經過編程航行至一個或多個航點，自帶電能，不用纜線。美軍在 2014 年搜尋馬航客機殘骸出動的「金槍魚」就屬於 AUV。

但是這兩種類型的無人潛航器（UUV）同樣都會涉及到包括仿生、智能控制、水下目標探測與識別、水下導航（定位）、通訊、能源系統等六大技術。所以說，水下機器人是一種技術密集性高、系統性強的工程，有著極高的門檻。因此它也一直停留在軍工領域，消費級的產品也是近幾年才陸續出現。

　　某種程度來講，「下五洋捉鱉」比「上九天攬月」更加困難，因為水下機器人想要走向水底，首先需要解決的就是機器人在水下「存活」的問題，對其硬體水平有很高的要求。除了要保持機器的密閉之外，還要做到防腐蝕、抗水壓。此外要想機器人能平衡的在水下嬉戲，還需要保持其重心跟浮心處在同一位置。

　　而直接影響機器人智能水平的，則是其控制技術——機器人的大腦和神經中樞系統。它是各種人工智慧技術跟控制技術的集成。在機器人於水下探測和識別出目標後，它能做出有效的資源管理和反饋。

　　當前市面上我們看到的水下機器人大多還只是「機」和「電」的結合，是一個機電系統，只能叫做「水下智能機器「，還不是「水下智能機器人」。不過，隨著深度學習技術的發展，水下機器人的智力也在不斷地提高。

　　就目前來看，水下機器人只是一個延長人類手臂的工具。既然是工具，收集數據跟資料便是其重中之重。這其中就涉及到通訊技術，目前主流的水下機器人通訊方式主要有光纖通訊（主要應用於 ROV）、水聲通訊（主要應用於 AUV）。光纖通訊主要是由光端機（水面）、水下光端機、光纜三部分組成。其優點是數據率高（100Mbit/s），有很好的抗干擾能力；缺點是限制了水下機器人的工作距離和可操縱性，因為一般都是帶纜線的。

　　由於水下機器人的工作區是在水域內，所以市面上的產品也基本都是採用仿生技術設計。以下我們就來盤點下國內外的仿生水下機器人。

　　Ocean One

　　Ocean One 來自於斯坦福機器人實驗室，是一款人形水下機器人，身高 5 英尺。它的背面安裝了計算單元、電池、推進器，能像真人一樣游泳。使用人工智慧和觸覺反饋系統，向終端傳遞機器人所持東西的感受，可以實現水下打撈等工作。

　　龍蝦機器人

　　這款機器人由美國人約瑟夫·艾爾斯（Joseph Ayers）發明，目前該仿生機器人已在東北大學海洋科學中心為美國海軍進行試驗研究，它可以探測水下礦藏。觸鬚用來探測環境中的障礙物，8 條腿可以向任何方向移動，爪子和尾巴可使其保持穩定。

　　珠寶機器魚

　　珠寶機器魚體長 1.5 米，由英國埃塞克斯郡大學設計，可持續勘測 8 小時，能夠自動上報勘測位置的變化，並且無線傳輸勘測數據，西班牙海岸將增添 4 只這樣的機器魚負責巡邏工作，搜尋水中的污染物質。

　　機器水母

　　這款機器水母由德國費斯托工程公司設計，通過內置在圓頂結構中的 11 個紅外線發光二極體，可以彼此之間進行溝通聯繫，該公司使用機器水母測試大規模工程故障是否可以通過許多小型機器人系統製作來完成。

　　Liquid Robotics Wave Glider

　　Glider 依靠浪潮和太陽能提供驅動能量，最高時速可達 5.5 公里。其主要由漂浮在水面和在水底穿行的兩個部件組成。水面部件長約 3 米，包含太陽能電池板和船載感測器系統；水下的部件可以利用浪潮產生推進力。Glider 既可以獨立運行，也可以在整合進艦隊里實時傳輸數據，可在無需任何燃料的情況下運行一整年。Glider 目前的行程已經超過 100 萬公里，在經歷了颶風等極端天氣之後依然可以運行良好。

　　白鯊 MAX

　　這個水下機器人由 深之藍公司製造，在硬體方面，白鯊 MAX 採用了全固態推進系統與九軸平衡運動系統，同時也攻克了電機在低轉速下的閉環控制難題，因此可實現機器人的水下姿態的精確調整。其續航 2 小時，最大可以下潛到 100 米水深，支持 200 萬像素視頻錄製，在艙底還設有多功能懸掛點，可以附載 3D 攝像頭、聲納、機械手、光纖等設備。

PowerRay小海鰩

臻迪PowerRay是由臻迪公司發布的水下機器人，可以算是目前可玩性最強的水下無人機。它不僅提供了水下無人機的常用拍攝功能，還集結了尋魚與捕魚功能，加之有VR技術眼鏡的加持，讓捕魚增加了沉浸感體驗。

　　FiFish 飛行魚

　　這款消費級水下機器人產品由 鰭源科技推出，最大下潛深度為 100 米，推進器採用了定製的 DC 無刷電機，穿梭于海底間，最快速度達到 2m/s。此外，它還搭載了 162 度超廣角鏡頭和 180 度攝像頭雲台，支持 4K 視頻解析度。

　　除此之外，還有很多有趣的水下機器人，比如 SeaDrone、OpenRov Trident、MidWest ROV 等，只是他們的外觀並非是採用仿生設計。

　　相關數據顯示，到 2020 年中國無人潛航器的市場規模就能達到 800 億元人民幣級別，軍用無人潛器的市場也將達到 300 億元規模。在民用無人潛器方面，面向企業的市場將有 430 億元，其中搜索救援類達 60 億元，安全監測類達 137 億元，調查研究類達 3.7 億元。面向個人的「潛水伴侶」類無人潛器，也有 60 億元的市場空間。

　　目前，水下機器人主要於水產養殖、水下結構勘查、水底殘骸估測、救援、環境生態監測、水下攝影等領域。比如，在 2011 年的日本海嘯後，就有使用大量的水下機器人幫助水產行業恢復；德國則是把「海獺」水下機器人用於近海石油調查、通信線路檢查、軍事應用以及深海探測打撈等。

　　雖然目前的水下機器人並非能像人一樣進行獨立地、全面地思考與執行，但是通過人工智慧的深度學習，也能幫助人們解決很多棘手的問題。只是應用到消費領域，目前的價格還是相對昂貴。如果未來有高質、低成本的解決方案進入市場的話，相信該領域會有一個井噴式的發展。
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