海洋是人类赖以生存的第二空间，有效地开发、利用及保护海洋，对我们具有重要的意义。古今中外，海洋深处的奥秘和关于美人鱼的传说也吸引无数人前赴后继，水中机器人的发展，使得我们有了更多探索的可能。

  5月11日，第五届中国机器人峰会暨智能经济人才峰会——水中机器人论坛和国际水中机器人联盟年会在浙江省委党校四明山分校火热展开。专家们对水中机器人技术、发展和应用做了热烈的讨论和交流。

  乘“波”远航

  俄国科学家门捷列夫曾经说过：“科学是从测量开始的。”随着“海洋强国”战略的提出，对海洋观测要求也越来越高，观测范围也从海岸带、近海拓展到三大洋，甚至是南北极海域，一个航时长、自主化以及移动式的海洋环境观测平台亟待建立。

  哈尔滨工程大学教授廖煜雷带来了波浪滑翔机器人的研究与发展。“简单来讲，它就是利用了我们海洋上无穷无尽的运动，更具体一点，就是利用波浪的垂荡的运动，把它一部分转化为前进的推力。”

哈尔滨工程大学教授廖煜雷

  波浪机器人最大的特点就是他的能量来源的不一样，这使得它在续航力方面有一个突出的优势，并且成本也是相对较低的。“总结起来它有几个优势，第一，续航力比较强，因为它依赖的是海洋上的波浪；第二，它生存能力比较强，因为它重心比较低，也不容易倾覆实验；第三，它的性价比比较高，据国外的公司估算，几百台的波浪滑翔机器人和一艘监测船的价格相当。”

  “波浪机器人使得我们的平台突破了我们自身携带能源限制，”不过波浪机器人也存在自己的缺点，“和常规的平台相比，它会跑得慢一些，但是它很大一个好处就是，使我们对海洋的观测，在这个时间的尺度又比以前更远，更大了。”

  2012年的时候，波浪滑翔机器人完成了一项壮举。从美国的旧金山出发，横跨约9000海里，到达了澳大利亚的昆士兰。并且以9000海里的航程创造了当时自主机器人行驶路线最长的世界纪录。

  波浪滑翔机器人长度2.1米，宽度0.8米，航程是4000公里，持久力为90天，最高航速是四公里每小时，使用环境是六级海况，推进方式是是波浪飞行器。它可以观测风速、风向、大气温度、海水温度、盐深等项目并传回实时数据。

  在以前，受到客观条件限制，观察员们往往无法近距离观察台风、飓风的气象现象，而有了波浪滑翔机器人后，可以将它投放到飓风、台风风眼附近，实现对极端天气和海况的近距离的观测，有利于支撑我们海洋科学研究和防灾减灾。

  最后廖煜雷还介绍了他们最新的一些进展:“我们对这个系统进行了进一步的升级和完善，主要体现就是我们把它变得更轻了，生命力也更强。在自主控系统方面也进行一些优化，提升它的自主作业的能力，完善了它的故障诊断，重复的算法，包括安全性。最主要的是我们还加入了协同控制算法，能够支持海洋组网的监测功能。”

  机器人的水下作业

  中国科学院自动化研究所研究员王硕介绍了水下仿生作业机器人系统的研究进展，“对于双目视觉的话，首先在水下搜寻多目标并对目标进行定位，当目标定位完之后，机器人并不会马上接近目标区域，会先进行速度控制，同时进行不同任务优先级的排列，在逐渐了解更详细的过程中，判断它是不是一个最佳的作业空间。”

中国科学院自动化研究所研究员王硕

  清华大学自动化系副教授游科友做了《基于强化学习的水下自主寻源和运动控制》的报告，他指出如今的学习主要分为监督学习和非监督学习，监督学习就是分类，一个数据属于A类或者B类；非监督学习则是按照学习算法根据数据特别进行自动分类，而强化学习和这两者都不同。“强化学习的目标是要在与环境交互的过程中学习实现一个最优目标，也就是说它要进行决策而不是简单的归类。”强化学习可以解决原本的梯度问题，让水下作业更好的完成。

清华大学自动化系副教授游科友

  上海海事大学科技处处长朱大奇分享了水下协作搜索的研究，“水下搜索时，首先要感知水下环境，构建水下地图，在这个基础上规划搜索路径。”

上海海事大学科技处处长朱大奇

  “我们采用了两种方法，第一个是用了一个自主神经网络，用人工智能来进行任务分配，同时进行路径规划；第二个，考虑到水下海流的影响，加入人的一个速度合成的方法，使得它的路径规划更优、更具体、更多。”朱大奇还分享了一个成功的案例。在荆门漳河水库，协助金门警方破案。用多AUV水下水下协作搜索技术，以地毯式搜索方法用三、四天的时间找到了目标。

  “如鱼得水”

  “水下电场通讯这种方式的优点是具有实质性的，对环境的敏感不敏感，能耗比较低，将来能够成为一种潜在的可以实际应用的重要方法。”北京大学工学院教授谢广明从生物学中受到启发，让仿生机器鱼的电场通讯成为可能。

北京大学工学院教授谢广明

  弱电鱼是谢广明的灵感来源，它能够通过自身，调节身体机能，在身体周围形成一个电场。这个电场可以发出一些信号，能够通过这种信号，他们能和伙伴进行交流，甚至能够感知这个环境的一些变化，找到他的猎物和伙伴。

  “鱼本身可以调整这个技能，让自身变成一块‘电池’，有正极，有负极，形成一个电压，形成这样一个电厂”，谢光明说道，“我们把其背后的物理原理简化成一个偶极子。我们想这个东西不要太大，不然是耗能太高，缩小到几十厘米，在把它简化成后，最终就提炼为一对发射电极，一对接受电梯。”

  在实际应用中，“上面是一条机器鱼，下面是另外一机器鱼，它有一个发射机电极板，发布电厂，然后把现在的信号加上去，另一条鱼处在电场中，通过改变这个电阻变化去获得这个信号。”

  海洋中蕴藏着无数奥秘，千百年来吸引着无数人的探索，科技的日新月异和水中机器人的不断进步，让我们看到《海底两万里》不再只是一个梦想。水中机器人论坛虽然已经落幕，但我们对“水”的探索仍会继续！