水下机器人神奇在何处

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  2003年3月中旬,中国研制的6km水下机器人正式下水投入使用。6年来,它已在海洋科考、海洋勘探等方面大显身手。
  
  什么是水下机器人
  
  水下机器人也称无人潜水器或深潜器。它的任务是进行水下探测和实验、打捞、搜救等。根据操纵方式,分为有缆式和无缆式:根据下潜深度,分为潜水型、深水型和超深水型;根据任务不同,分为科考型、军事型等。
  世界上第一台水下机器人是美国的“Poodle,于1953年投入使用,至今已有50多年的历史。目前,日本“海沟号”机器人已经成功对马里亚纳海沟(最深处11034 m)的6.5km区域进行了考察,成为迄今为止考察深度最大的机器人。
  中同第一台水下机器人于1986年研制成功,主要用于海洋石油勘探和救捞。随着我国机器人研究水平的进步,现在已经有爬行、浮游型、深潜型等多个种类。第一代无缆水下机器人“探索号”是在1994年研制成功的。第一台6km水下机器人是在1995年完成的。2003年出海考察的是我国研制的第二台6km水下机器人,技术已达到世界先进水平。
  水下机器人必须克服一些技术障碍,其中,如何承受海水压力、自动控制能力、是否具有强劲动力,体现着水下机器人最基本的性能,同时也是最大的技术瓶颈。
  
  承受海水的高压
  
  水下机器人的丁作深度最浅的也有几十米,最深的现在已接近8km。每增加100m,就要增加10个大气压。如此大的海水压力,机器人能否抗得住呢?
  为了能适应深水工作的需要,水下机器人的“外表”都经过了精心的设计和制造,选用了制造潜艇外壳所用的高强度合金钢、钛合金钢等耐压材料。日本的“海沟号”的外壳材料就是新型合金钢,不仅坚固异常,而且很轻很薄。现在,复合材料、纳米材料的出现,使水下机器人的耐压性又提高了一步。
  光有外壳能承受巨大的压力是不够的,内部的设备也要进行耐压强化。否则,里面娇贵的设备有可能因为压力大而碎裂。为了实现内部设备的耐压,设计人员首先对设备的分布进行最佳优化,使之达到最佳外形。其次,对内部零部件都进行外壳式加固,就是给些不耐压零部件加上个“全金属外壳”。此外,还可以在水下机器人内部采用液压或气压装置,以此来抵消水的压力。
  
  自主能力提高
  
  水下机器人是一种自动化程度较高的机电一体化系统,与陆地上的机器人一样,其核心是自动控制技术。在早期,水下机器人是通过线缆遥控的,在工作时基本上没有什么自主性,获得的各种数据和图像等信息也只能进行暂时的存储,要等机器人返航后才能进行处理。
  随着计算机和网络技术的发展,水下机器人的自我行动能力越来越强。早期的水下机器人的行动范围还只限于工作母船的500m范围内。现在,已经可以离开母船数千米独立工作,并可以通过网络和各种声像采集系统进行即时传送。一些电视节目制作公司经常租用水下机器人进行实景拍摄,画面极其真实。
  
   动力和能源
  
  水下机器人的推进装置主要有螺旋桨式、喷水式、螺旋桨与喷水混合式几种。现在,为了更复杂的海底科考的需要,一些研究人员准备推出自走式和爬行式水下机器人。
  水下探测和考察般都是在没做过预先勘测、没有海图或非常不熟悉的水域进行,水流和地形条件复杂,这就需要水下机器人不光要具备强劲的动力和操纵能力,还要具备很高的适应能力。否则,一旦出现动力故障,水下机器人就只好永远地沉在水底。
  动力系统最重要的部分就是能量的来源。由于水下没有空气,柴油机、汽油机等动力装置是无法使用的。所以,高性能的电池推进成为目前水下机器人唯的选择。早期的水下机器人电池容量很低,一般只能持续工作1h~2h。现在,各种规格的锂电池、燃料电池已经开始应用,工作时间一般都能达到8h~10h,甚至更长。此外,由于灯光、控制系统、传感器、机械臂等装置都需要电能,所以电池必须具有很高的可靠性。
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