本期嘉賓：

陳質(zhì)二，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所 研究員

研究方向：新概念海洋機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)

動動：陳老師，我想知道，機(jī)器人在海里面是怎么做到不迷路呢？像我們一樣利用手機(jī)上的導(dǎo)航程序一樣，它也有自己的導(dǎo)航工具嗎？

陳質(zhì)二：我們用手機(jī)GPS導(dǎo)航，依賴的是電磁波，但是，電磁波在水中會發(fā)生非常劇烈的衰減，入水不過2米，能量就會消耗殆盡。所以，怎么讓機(jī)器人在水中也能“找準(zhǔn)路”、“找對路”，是科學(xué)家們需要解決的難題。

動動：既然GPS信號在水中無法發(fā)揮作用，那海洋機(jī)器人如何知道自己的位置？

陳質(zhì)二：像我們剛才說的那樣，水下確實(shí)是個“電磁信號荒漠”，但海洋機(jī)器人有自己的一套“特殊導(dǎo)航法”。比如它們會用聲學(xué)定位，相當(dāng)于“水下GPS”，我們通常會在海底或者水面平臺上放幾個聲學(xué)信標(biāo)當(dāng)標(biāo)記點(diǎn)，通過聲波在海洋機(jī)器人和信標(biāo)之間傳輸?shù)臅r間，來計算機(jī)器人和信標(biāo)之間的距離，三個信標(biāo)相互配合，就能幫助海洋機(jī)器人在水下實(shí)現(xiàn)三角定位。

聲學(xué)信標(biāo)定位示意圖（以海底長基線定位為例）

動動：那如果附近沒有聲學(xué)信標(biāo)，海洋機(jī)器人無法“聽見”該怎么辦？總不能“隨波逐流”吧？

陳質(zhì)二：這時候就得靠“航位推算”或者“慣性導(dǎo)航”了。“航位推算”是海洋機(jī)器人通過一種裝置向海底發(fā)射聲波，利用回聲頻率的變化計算出機(jī)器人相對于海底的速度，再結(jié)合羅經(jīng)儀和羅盤的航向信息推算位置。“慣性導(dǎo)航”則是相當(dāng)于給海洋機(jī)器人裝了一個“運(yùn)動傳感器”，實(shí)時測量它的運(yùn)動數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)累加起來，就能確定它當(dāng)前的位置。

動動：陳老師我還有個疑問，在黑乎乎的水下，機(jī)器人就算能辨別方向，那它怎么“看路”呢？

陳質(zhì)二：在淺海或清水區(qū)，海洋機(jī)器人常常是結(jié)合圖像處理和SLAM（同步定位與建圖）算法，將實(shí)時畫面和預(yù)存地圖進(jìn)行對比，來識別珊瑚、巖石等地標(biāo)，有點(diǎn)像在海底玩“大家來找茬”。但如果水太渾，就改用聲吶成像，把海底掃描成抽象派線稿，再與已知地形定位匹配。雖然畫面抽象得像畢加索的畫，但只要能認(rèn)出個海溝或沙坡，就能瞬間鎖定位置。

動動：這么多方法混著用，海洋機(jī)器人不會“腦子打架”嗎？
陳質(zhì)二：恰恰相反，它們可是“端水大師”！當(dāng)前主流的導(dǎo)航方法都是“組合型”導(dǎo)航——“航位推算”負(fù)責(zé)實(shí)時測速，“慣性導(dǎo)航”負(fù)責(zé)慣性糾偏，“聲信標(biāo)”負(fù)責(zé)絕對位置校準(zhǔn)，GPS趁上浮時偷偷補(bǔ)個定位。

動動：未來海洋機(jī)器人導(dǎo)航會更厲害嗎？有沒有科幻片里的黑科技？
陳質(zhì)二：當(dāng)然！科學(xué)家們正在搗鼓些狠活。比如地球物理場（地磁、重力）導(dǎo)航。未來，AI技術(shù)的發(fā)展強(qiáng)大還可以賦予海洋機(jī)器人像魚一樣的導(dǎo)航本領(lǐng)，在復(fù)雜水域精準(zhǔn)走位。還有量子慣性導(dǎo)航，據(jù)說能把導(dǎo)航精度提升好幾個數(shù)量級。不過這些“開掛”神技，還需要科學(xué)家們持續(xù)不斷地探索與攻克！

動動：哇！太厲害了，有了這些神技的加持，海洋機(jī)器人一定能實(shí)現(xiàn)更多的功能，更好地服務(wù)于人類。

陳質(zhì)二：讓我們共同努力吧！