水下机器人 极地显身手（科技视点）

随着雪龙2号科考船缓缓停靠上海国内基地码头，标志着中国第十二次北极科学考察队圆满完成了长达79天、跨越1.4万海里的探险之旅。在这支队伍中，中国科学院沈阳自动化研究所的邵刚副研究员及其团队引人注目。他们携带着首次出征极地的“探索4500”自主水下机器人，成功完成了北极高纬度海冰覆盖区的科学考察作业。

在甲板上，科考人员正忙着进行布放准备，其中就包括“探索4500”的回收工作。这款由中国科学院沈阳自动化研究所研制的机器人，外形酷似灵动的“大黄鱼”。不同于一般的无人水下机器人，“探索4500”拥有更强的自主性，无需缆线与母船连接，便能实现自主航行和探测。其续航时间更长，工作范围更广，为科学考察提供了极大的便利。

邵刚及其团队负责“探索4500”的操控与应用，在本次科考中表现出色，获取了大量宝贵的数据资料。这也是我国首次在北极高纬度地区利用自主水下机器人进行近海底科考应用，其成功下潜获取的宝贵数据资料将为北极环境保护提供重要的科学支撑。

为了应对极地恶劣环境，“探索4500”在出发前经历了科研人员精心设计和一系列技术升级、改造，系统的可靠性得到了全面提高。科研团队对机器人的每一个细节都进行了严格的检查和调整，以确保其能够在极端环境下正常工作。此次北极之行不仅是邵刚个人第一次参加极地科考，也是“探索4500”的首次出征，展示了中国科研团队在极地科考领域的实力和决心。随着科技的不断进步，相信未来会有更多像“探索4500”这样的自主水下机器人在极地科考中发挥重要作用。在极地的高纬度地区，科考母船经常面临风的挑战和洋流的牵引，导致水下机器人的布放和回收工作难以在一个固定的区域内稳定进行。冰层也会阻碍母船与水下机器人之间的顺畅沟通。对此，科研团队赋予水下机器人自主导引的能力，确保它能够准确接收母船的指令，并根据自身的实时状态灵活调整行进轨迹，逐步实现向母船的靠拢，从而达成自动且安全的回收。邵刚对此进行了详细介绍。

针对北极科考工作区密集的海冰覆盖特点，科研团队创新地结合了声学遥控与自动导引技术，研发出冰下回收技术，确保“探索4500”能够连续成功下潜并安全回收。邵刚进一步提到，他们还增设了应急信标，以便在潜器上浮后被冰层困住或位置难以肉眼确定时，能够进行精确的定位。

不仅如此，科研团队还对“探索4500”的故障处理流程进行了优化，让其能够自主判断当前状态并作出决策。邵刚生动地描述说，就像人类一样，机器人在持续工作一段时间后，能够感知到自己身体的状态。如果它感觉状态良好，就会继续工作；如果感到不适，便会立即发出求救信号，随后科研团队会迅速前往救援。

尽管已做好充分准备，但极地天气的变化多端仍给科考队员们和“探索4500”带来了前所未有的挑战和考验。在一次下潜作业前，原本温和的下潜区域突然气温骤降，风雪交加，能见度极差。回忆起当时的情景，邵刚仍心有余悸，他担心这样的天气会影响设备的正常布放。

当母船抵达下潜区域时，天气逐渐放晴，但之前的恶劣天气已使海面迅速结冰，缩小了水域范围，为机器人的布放和回收增加了极大的风险。面对这种情况，机器人甚至无处下“脚”。时间紧迫的科考任务与困境让邵刚和同事们陷入了困境。最终，他们决定利用母船破冰，人工开辟一块适合布放水下的机器人水域。邵刚说：“虽然开辟的水域范围很小，不利于机器人的回收，但我们仍成功完成了布放与安全回收，这证明了‘探索4500’在极地恶劣环境下开展科考应用的能力。”

极地海洋的许多区域被长期覆盖的海冰是科考的重要对象。沈阳自动化研究所副所长李硕介绍称，极地科考一直是水下机器人发展的重点方向。多年来，沈阳自动化研究所的无人水下机器人多次参与极地科考任务，为我国在这一领域的探索作出了重要贡献。经受住了考验的“探索4500”，在极地海洋的科考工作中表现出色，为我国在这一领域的探索提供了强有力的技术支持。在极地科考的广阔舞台上，自主水下机器人正扮演着日益重要的角色。李阳深入解析了这些机器人的三大核心任务：

它们犹如冰雪世界的侦察兵，对浮冰进行细致观察和精确探测，了解冰层的厚度、状态以及运动情况。这些机器人又像深海探测者，深入极地水域，测量水体的各项参数，包括深度、温度和盐度等。它们还具备精细的海底地形地貌探测能力，甚至可以发现隐藏在海底的矿产资源。

相较于传统的海冰考察方法——在海冰上钻孔，自主水下机器人无疑更具优势。它们不受海冰的限制，可以抵达人迹罕至的区域，进行更大范围、更深层次的科考工作。机器人的取样方式灵活准确，不仅提高了样品采集的质量，也增加了采集的数量。

李阳还提到，科考人员可以通过机器人上搭载的摄像机、照相机和成像声呐等设备，直观地观察极地的水下世界，为科研人员带来前所未有的视觉盛宴。

李硕表示，自主水下机器人在北极科考任务中的应用，反映了科学家们对智能机器人技术的迫切需求。科研团队将以此为契机，紧密连接技术创新与科学需求，不断优化和升级技术，为未来更大面积的北极科考提供更为智能的技术手段。

这些水下机器人功能先进，可达万米之深，可到几千公里之远，应用领域越来越广泛。早在20世纪70年代，一些国家就开始研发用于极地考察的无人水下机器人，我国则从20世纪80年代开始研发，沈阳自动化研究所是其中的佼佼者。近十年来，我国的水下机器人技术实现了飞跃式发展，先后研发出多款机器人参加极地科考，均取得了成功应用。

随着技术的不断进步，水下机器人的应用领域也越来越广泛，面临的作业环境也越来越极端和复杂。除了极地科考，这些机器人还在青藏高原的高原湖、太平洋的马里亚纳海沟等地开展科学考察，对无人水下机器人的自主控制技术提出了更高的要求。这些机器人不仅要适应极端环境，还要具备高度的自主控制能力，以完成各种复杂的科考任务。随着科技的飞速发展，我们面临着在有限的空间内搭载更多传感器的挑战，这对整体布局和电池的兼容性提出了严峻的要求。这一难题对于我们打造更智能、更强大的自主水下机器人至关重要。它们不再仅仅是按照预设程序行事的工作机器，而是成为具有高级智慧、能应对复杂环境的全新生命体。

想象一下未来的自主水下机器人，它们如同水中的精灵，无需人为干预，就能独立完成复杂的任务。这些机器人不再仅仅是科研人员预设程序的执行者，它们能自我决策，自主规划路径，甚至能协同作战，共同完成任务。它们的智能化水平之高，让人惊叹。就如同李阳所说：“未来的自主水下机器人将变得越来越聪明，它们的作用也将越来越大。”这一切的变化和发展，无疑将为我们的水下探索和开发带来革命性的变革。