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一艘黃色的水下小艇，在你的面前敏捷地滑過： / q; j, ~# @1 s. e l" p
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來到一處設(shè)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(jī)器人。
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▲ 動圖經(jīng)過去幀壓縮，顯示效果為 6x 速度 u9 B: @8 u8 Q8 W
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。 8 b; v @, S# s: u
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(jī)，是當(dāng)?shù)匾患覄?chuàng)業(yè)公司剛剛發(fā)明出來的，真實(shí)存在的「水下變形金剛」: Aquanaut. " c }$ ~' G; H
據(jù)休斯頓機(jī)甲公司 (Houston Mechatronics Inc. 簡稱 HMI) 介紹，他們開發(fā)的這臺機(jī)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(jī)器人。 ! |/ f i* ^* ^& `1 x
何謂「雙姿態(tài)」？這還要從水下無人機(jī)的類型，「展開」來講。
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在過去，水下無人機(jī)通常有兩種形態(tài)。 + i$ m. y2 G/ S
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(jī)可以在水中快速前進(jìn)、完成幾十甚至上百海里的長距離移動。這類無人機(jī)已經(jīng)存在多年，安裝相機(jī)、傳感器和采樣裝置，可以用于科考任務(wù)。但是這一型的無人機(jī)的問題，在于它們無法和水下世界主動發(fā)生交互： / R4 T8 `; w- q* c2 z; n& q
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另一種，則是一點(diǎn)都不酷，方方正正，看起來十分臃腫的水下操縱型機(jī)器人。因?yàn)槊嫦蛞恍└鼜?fù)雜的操控作業(yè)，這類機(jī)器人采用了另一種仿生路線，用機(jī)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(jī)器人，采用了一個(gè)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(shè)計(jì)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(shí)表示，當(dāng)他們決定開發(fā)水下機(jī)器人時(shí)，從一開始就想要采用視頻中這種「變形金剛」式的風(fēng)格。 " W; z5 _ P( s* Z7 I* G: L
「我小時(shí)候是個(gè)變形金剛迷，設(shè)計(jì)職業(yè)道路時(shí)，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(gè)特定的用途專門開發(fā)的技術(shù)，往往比一個(gè)「四不像」更好用。因此，盡管在科幻電影中看起來很酷，變形機(jī)器人很長時(shí)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(jī)器人只有兩種可選：選擇流體動力、長距旅行，意味著無人機(jī)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。 % P( v$ d. D+ y5 G
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(jī)器人技術(shù)。但事實(shí)上，它們所依賴的機(jī)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(shí)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(jī)器人，既能節(jié)省人工、減少傷亡風(fēng)險(xiǎn)，也降低了機(jī)器人使用和維護(hù)的成本，對于這些公司將會帶來極大的便利。 3 S' a3 t- g! j% U! A: m
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(xué)（1）；到了位置，機(jī)蓋升起，露出機(jī)械臂（2）；隨著機(jī)械臂的展開，小艇的頭部也慢慢升起進(jìn)入工作位置，露出攝像頭、聲納、3D 傳感器等，機(jī)艙內(nèi)也有額外的水下推進(jìn)裝置，用于調(diào)整姿態(tài)（3）；手臂上標(biāo)配鉗爪，也可以替換其他設(shè)備，（4）。
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變形之后，它的機(jī)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(jī)械臂的靈活度很高，因?yàn)槊恳还?jié)都有獨(dú)立的電機(jī)控制。 + y* h. [. z. S. h9 }
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(shí)針旋轉(zhuǎn)閥門 90 度」的命令，無人機(jī)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)。 : q9 |* d* j+ W. n
和過去的操縱型水下機(jī)器人相比，Aquanaut 還有一個(gè)優(yōu)勢，就是不再需要線纜的保護(hù)。目前，它采用鋰電池驅(qū)動，最遠(yuǎn)單程可以達(dá)到 200 公里，約合 108 海里。 ) t( O; l V6 Z# |$ [# I% U! C' G
拿海底光纜公司舉例，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，它們首先需要檢查故障位置，然后維修人員駕船到達(dá)地點(diǎn)，把一個(gè)冰箱一樣的操縱機(jī)器人放下去，完成維修。過程中可能需要真人，還可能需要運(yùn)用多種不同的機(jī)器人。 * L: o5 d0 a+ l! h
而現(xiàn)在，只需要一臺無人機(jī)，就可以完成檢查、維修的工作，在上百海里外遠(yuǎn)程部署也沒有問題。 1 A# q# V" e1 I1 `
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HMI 的很多員工都曾在 NASA 工作。盡管 NASA 是一個(gè)太空探索的科學(xué)機(jī)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?yàn)榕捎詈絾T上天之前需要大量訓(xùn)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(rèn)為，上天比下海更難，但在 HMI 首席技術(shù)官 Nic Radford 看來，讓機(jī)器人在水下正常工作，反而比在太空中需要更強(qiáng)大的技術(shù)。 # o% `" |. x5 Y- Z
「太空是一個(gè)近乎完美的環(huán)境，而水下更加復(fù)雜，動態(tài)程度極高，」他給了一個(gè)簡單的估算：讓機(jī)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(jī)器人計(jì)劃，其研制的機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入了國際空間站。Yayathi 則是 NASA 月球車計(jì)劃的主要工程師之一。 R9 M( W7 V2 I/ u
HMI 創(chuàng)辦于 2014 年，目前已經(jīng)獲得了 2,300 萬美元的風(fēng)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(jìn)行了大量測試。
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該公司計(jì)劃繼續(xù)對 Aquanaut 進(jìn)行優(yōu)化，使得它可以自動前往維修地點(diǎn)、返回，只在作業(yè)期間需要人的控制、監(jiān)督。 4 N! w$ O1 F2 k9 I0 h: T
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(jìn)而形成一個(gè)全球運(yùn)作的網(wǎng)絡(luò)。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(jī)。
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如果鉆井平臺和海底光纜公司采用了這項(xiàng)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(dǎo)向的公司對于技術(shù)換代很謹(jǐn)慎，他們應(yīng)該會歡迎任何能夠降低風(fēng)險(xiǎn)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(jī)完成水下工作，會有更好、更具成本效益的方式。我們的任務(wù)就是證明這一點(diǎn)，」Radford 表示。 # a! c) W5 R% v% ?
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轉(zhuǎn)自硅星人 作者光譜、杜晨 % X' V& U! |$ N+ J
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發(fā)表于 2019-8-19 16:03:34
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