水下机器人神奇在何处

廖 可

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。