前 NASA 工程師發(fā)明「水下變形金剛」：海底搜救，再也不求人！

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一艘黃色的水下小艇，在你的面前敏捷地滑過：

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來到一處設施面前，小艇停了下來。它的身體開始展開，兩只手臂緩慢伸出：

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大約三十秒后，手臂展開完成！剛才的潛水艇，已然變成了一架水底機器人。

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▲ 動圖經(jīng)過去幀壓縮，顯示效果為 6x 速度

你所看到的這些，并非爛尾科幻大片《變形金剛》的續(xù)貂之作。

這里，正是美國宇航局 NASA 位于得州休斯頓的約翰遜太空中心。而這臺無人機，是當?shù)匾患覄?chuàng)業(yè)公司剛剛發(fā)明出來的，真實存在的「水下變形金剛」: Aquanaut.

據(jù)休斯頓機甲公司 (Houston Mechatronics Inc. 簡稱 HMI) 介紹，他們開發(fā)的這臺機器人，是目前世界上第一臺能夠在工作環(huán)境下完成變形的水下雙姿態(tài)無人機器人。

何謂「雙姿態(tài)」？這還要從水下無人機的類型，「展開」來講。

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在過去，水下無人機通常有兩種形態(tài)。

第一種是魚雷型。流線型的艇身是對水下動物的仿生，使得無人機可以在水中快速前進、完成幾十甚至上百海里的長距離移動。這類無人機已經(jīng)存在多年，安裝相機、傳感器和采樣裝置，可以用于科考任務。但是這一型的無人機的問題，在于它們無法和水下世界主動發(fā)生交互：

另一種，則是一點都不酷，方方正正，看起來十分臃腫的水下操縱型機器人。因為面向一些更復雜的操控作業(yè)，這類機器人采用了另一種仿生路線，用機械臂完成工作。但是它的抗極端環(huán)境（比如洋流）能力很差，部署要求很高：

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而 HMI 公司所開發(fā)的 Aquanaut 機器人，采用了一個更加大膽的思路：對于魚雷型和操縱型這兩種有著巨大差異的設計理念，它成為了兩者首次「合體」的產(chǎn)物。

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Aquanaut 的首席工程師 Sandeep Yayathi 在接受 IEEE Spectrum 采訪時表示，當他們決定開發(fā)水下機器人時，從一開始就想要采用視頻中這種「變形金剛」式的風格。

「我小時候是個變形金剛迷，設計職業(yè)道路時，我就想這輩子一定要親手造出一臺變形金剛來，」Yayathi 說。

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但是大部分人都清楚，面向一個特定的用途專門開發(fā)的技術(shù)，往往比一個「四不像」更好用。因此，盡管在科幻電影中看起來很酷，變形機器人很長時間以來都不被專業(yè)人士看好。

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但是到了水下，一切就不一樣了。

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正如前述，在過去水下機器人只有兩種可選：選擇流體動力、長距旅行，意味著無人機沒有交互能力；選擇操縱型，意味著必須要到地才能部署，在極端環(huán)境下的抗干擾能力差。

比如海上鉆井平臺和海底光纜公司，對于水下檢查、維修的有著持續(xù)需求，也在使用機器人技術(shù)。但事實上，它們所依賴的機器人，已經(jīng)很久沒有發(fā)生過遷越式的創(chuàng)新了。

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如果能有一臺平時能在鉆井平臺之間，或沿著海底光纜快速移動，到了位置立刻變身維修工的機器人，既能節(jié)省人工、減少傷亡風險，也降低了機器人使用和維護的成本，對于這些公司將會帶來極大的便利。

而這臺「水下變形金剛」，就是為了改變這一切而誕生的。

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上圖中，在小艇狀態(tài)下，Aquanaut 有著優(yōu)異的流體動力學（1）；到了位置，機蓋升起，露出機械臂（2）；隨著機械臂的展開，小艇的頭部也慢慢升起進入工作位置，露出攝像頭、聲納、3D 傳感器等，機艙內(nèi)也有額外的水下推進裝置，用于調(diào)整姿態(tài)（3）；手臂上標配鉗爪，也可以替換其他設備，（4）。

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變形之后，它的機械臂可以完成許多不同的操縱作業(yè)，比如抓取、使用工具等等。機械臂的靈活度很高，因為每一節(jié)都有獨立的電機控制。

不僅如此，Aquanaut 還有很大程度上的自主作業(yè)能力，用戶可以發(fā)出「順時針旋轉(zhuǎn)閥門 90 度」的命令，無人機可以自己根據(jù)現(xiàn)場情況，調(diào)整姿態(tài)、握住閥門、完成作業(yè)。

和過去的操縱型水下機器人相比，Aquanaut 還有一個優(yōu)勢，就是不再需要線纜的保護。目前，它采用鋰電池驅(qū)動，最遠單程可以達到 200 公里，約合 108 海里。

拿海底光纜公司舉例，當發(fā)生故障時，它們首先需要檢查故障位置，然后維修人員駕船到達地點，把一個冰箱一樣的操縱機器人放下去，完成維修。過程中可能需要真人，還可能需要運用多種不同的機器人。

而現(xiàn)在，只需要一臺無人機，就可以完成檢查、維修的工作，在上百海里外遠程部署也沒有問題。

HMI 的很多員工都曾在 NASA 工作。盡管 NASA 是一個太空探索的科學機構(gòu)，有趣的是，它的很多工作都是在水下完成的。它不但有水下研究部門，因為派宇航員上天之前需要大量訓練，這些工作中很多也是在水下完成的。

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通常人們都會認為，上天比下海更難，但在 HMI 首席技術(shù)官 Nic Radford 看來，讓機器人在水下正常工作，反而比在太空中需要更強大的技術(shù)。

「太空是一個近乎完美的環(huán)境，而水下更加復雜，動態(tài)程度極高，」他給了一個簡單的估算：讓機器人在水下工作，比在太空中可能難至少 50 倍。

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創(chuàng)辦 HMI 之前，Radford 在 NASA 參與 Robonaut 機器人計劃，其研制的機器人已經(jīng)進入了國際空間站。Yayathi 則是 NASA 月球車計劃的主要工程師之一。

HMI 創(chuàng)辦于 2014 年，目前已經(jīng)獲得了 2,300 萬美元的風投資金。雖然目前還沒有真的「下�！梗珹quanaut 也已經(jīng)在 NASA 約翰遜航天中心的巨型「游泳池」里進行了大量測試。

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該公司計劃繼續(xù)對 Aquanaut 進行優(yōu)化，使得它可以自動前往維修地點、返回，只在作業(yè)期間需要人的控制、監(jiān)督。

不僅如此，他們還有想法，在全球多地的海上部署無人船，作為 Aquanaut 的中繼站，進而形成一個全球運作的網(wǎng)絡。這樣，用戶可以坐在倫敦的辦公室里，遙控位于印度洋的水下無人機。

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如果鉆井平臺和海底光纜公司采用了這項技術(shù)，意味著維修工作將不再需要大批人馬乘著船，每天奔波在大海上。盡管這些利潤導向的公司對于技術(shù)換代很謹慎，他們應該會歡迎任何能夠降低風險和成本的「黑科技」，包括這臺「水下變形金剛」。

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「用無人機完成水下工作，會有更好、更具成本效益的方式。我們的任務就是證明這一點，」Radford 表示。

轉(zhuǎn)自硅星人  作者光譜、杜晨

jiangfch520

厲害，不知道可以在多深的水下動作，遠途跋涉并非重點，重點在于姿態(tài)的平衡控制和密封性能。

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所以才有了那句話，我們對海洋的認識還不及對火星表面的了解。

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遠祥

這個水底機器人真是有創(chuàng)意啊，能解決很多問題了！

3983596

看其的水下速度和功能，變不變身作用真的不大，反而增加機構(gòu)復雜性，加大了泄露率和故障率，提高成本，個人觀點

syonggang

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