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(guò)：

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來(lái)到一處設(shè)施面前，小艇停了下來(lái)。它的身體開(kāi)始展開(kāi)，兩只手臂緩慢伸出：

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大約三十秒后，手臂展開(kāi)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(dòng)圖經(jīng)過(guò)去幀壓縮，顯示效果為 6x 速度

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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(guó)宇航局 NASA 位于得州休斯頓的約翰遜太空中心。而這臺(tái)無(wú)人機(jī)，是當(dāng)?shù)匾患覄?chuàng)業(yè)公司剛剛發(fā)明出來(lái)的，真實(shí)存在的「水下變形金剛」: Aquanaut.

據(jù)休斯頓機(jī)甲公司 (Houston Mechatronics Inc. 簡(jiǎn)稱 HMI) 介紹，他們開(kāi)發(fā)的這臺(tái)機(jī)器人，是目前世界上第一臺(tái)能夠在工作環(huán)境下完成變形的水下雙姿態(tài)無(wú)人機(jī)器人。

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何謂「雙姿態(tài)」？這還要從水下無(wú)人機(jī)的類型，「展開(kāi)」來(lái)講。

在過(guò)去，水下無(wú)人機(jī)通常有兩種形態(tài)。

第一種是魚雷型。流線型的艇身是對(duì)水下動(dòng)物的仿生，使得無(wú)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(zhǎng)距離移動(dòng)。這類無(wú)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(wú)人機(jī)的問(wèn)題，在于它們無(wú)法和水下世界主動(dòng)發(fā)生交互：

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另一種，則是一點(diǎn)都不酷，方方正正，看起來(lái)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：

而 HMI 公司所開(kāi)發(fā)的 Aquanaut 機(jī)器人，采用了一個(gè)更加大膽的思路：對(duì)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。

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(kāi)發(fā)水下機(jī)器人時(shí)，從一開(kāi)始就想要采用視頻中這種「變形金剛」式的風(fēng)格。

「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(tái)變形金剛來(lái)，」Yayathi 說(shuō)。

但是大部分人都清楚，面向一個(gè)特定的用途專門開(kāi)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(lái)很酷，變形機(jī)器人很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)都不被專業(yè)人士看好。

但是到了水下，一切就不一樣了。

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正如前述，在過(guò)去水下機(jī)器人只有兩種可選：選擇流體動(dòng)力、長(zhǎng)距旅行，意味著無(wú)人機(jī)沒(méi)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。

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比如海上鉆井平臺(tái)和海底光纜公司，對(duì)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(méi)有發(fā)生過(guò)遷越式的創(chuàng)新了。

如果能有一臺(tái)平時(shí)能在鉆井平臺(tái)之間，或沿著海底光纜快速移動(dòng)，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(duì)于這些公司將會(huì)帶來(lái)極大的便利。

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而這臺(tái)「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(dòng)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(kāi)，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。

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(wú)人機(jī)可以自己根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，調(diào)整姿態(tài)、握住閥門、完成作業(yè)。

和過(guò)去的操縱型水下機(jī)器人相比，Aquanaut 還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是不再需要線纜的保護(hù)。目前，它采用鋰電池驅(qū)動(dòng)，最遠(yuǎn)單程可以達(dá)到 200 公里，約合 108 海里。

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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(guò)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。

而現(xiàn)在，只需要一臺(tái)無(wú)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(méi)有問(wèn)題。

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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(huì)認(rèn)為，上天比下海更難，但在 HMI 首席技術(shù)官 Nic Radford 看來(lái)，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)。

「太空是一個(gè)近乎完美的環(huán)境，而水下更加復(fù)雜，動(dòng)態(tài)程度極高，」他給了一個(gè)簡(jiǎn)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。

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(guó)際空間站。Yayathi 則是 NASA 月球車計(jì)劃的主要工程師之一。

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HMI 創(chuàng)辦于 2014 年，目前已經(jīng)獲得了 2,300 萬(wàn)美元的風(fēng)投資金。雖然目前還沒(méi)有真的「下�！�，Aquanaut 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(cè)試。

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該公司計(jì)劃繼續(xù)對(duì) Aquanaut 進(jìn)行優(yōu)化，使得它可以自動(dòng)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。

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不僅如此，他們還有想法，在全球多地的海上部署無(wú)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(wú)人機(jī)。

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如果鉆井平臺(tái)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(rùn)導(dǎo)向的公司對(duì)于技術(shù)換代很謹(jǐn)慎，他們應(yīng)該會(huì)歡迎任何能夠降低風(fēng)險(xiǎn)和成本的「黑科技」，包括這臺(tái)「水下變形金剛」。

「用無(wú)人機(jī)完成水下工作，會(huì)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。

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轉(zhuǎn)自硅星人  作者光譜、杜晨

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jiangfch520

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

未來(lái)第一站

所以才有了那句話，我們對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)還不及對(duì)火星表面的了解。

魍者歸來(lái)

近海的難題是如何解決變形過(guò)程中可能出現(xiàn)的水草或塑料垃圾纏繞

獨(dú)霸求敗

感覺(jué)國(guó)內(nèi)的機(jī)器人就是一個(gè)臂 ，差距太大。百度也成為了廣告公司

遠(yuǎn)祥

這個(gè)水底機(jī)器人真是有創(chuàng)意啊，能解決很多問(wèn)題了！

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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(jī)構(gòu)復(fù)雜性，加大了泄露率和故障率，提高成本，個(gè)人觀點(diǎn)

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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(jī)構(gòu)復(fù)雜性，加大了泄露率和故障率，提高成本，個(gè)人觀點(diǎn)
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芷語(yǔ)機(jī)械

水中無(wú)線通信是個(gè)大問(wèn)題

大大龍人

好玩