『新型传感机器人带你去感知深海』

撰文/陈雪飞

『新型传感机器人带你去感知深海』

撰文/陈雪飞

海洋是地球最大的生态系统，人类在探索海洋的过程中一直面临着巨大的挑战。现在，一种传感机器人将推动人类对海洋的探索跨进新的篇章。

『麦德伦教授及其伙伴所设计的新型传感机器人，可以分散成数百个部分，形成传导并且共同传达信息以探索深海。』

这种传感机器人是一种装配有生物传感器的球状设备，装备有麦德伦和同事开发的微尺度组件。该组件实时监控测量活细胞的多种参数，进而将细胞活动与基因组信息联系起来，从而显著地扩展了海洋研究的视野。

正如麦德伦解释的那样：“我们正利用自动控制技术、传感器、生物工程和系统的专业知识来开发专用的机器人，该机器人可以分散成数百个部分，形成传导并且共同传达信息以探索深海。这种传感机器人可以连续监测海洋中的关键元素，并能对水下地震和海底热泉一类的深海活动做出反应。这类研究对于更为透彻地认识微生物以及其他海洋生物、地质和化学元素等海洋中的多种系统是至关重要的。”

助理研究教授科迪和约瑟芬多年致力于发展传感机器人技术,他们都是研究小组不可或缺的成员。2011年夏天，科迪教授开始将传感机器人带向深海。科迪教授所乘坐的是由华盛顿大学操航的世界级研究船——托马斯·汤普森研究船。该研究船是美国国立大学海洋实验室系统的一部分，同时是美国国家科学基金会海洋观测站计划的一部分。

『最新的传感机器人是拳头大小的球型透明机器人，这些传感机器人通过亮蓝色的发出光相互通信。』

雄心勃勃的传感机器人工程包括在太平洋东北建设一条水下观测电缆：从俄勒冈州海岸开始，至华盛顿和不列颠哥伦比亚省。观测电缆提供高带宽和高功率以传递实时的海洋观测以及实验。包括矿物质浓度的研究，气体成分、生物生长繁殖以及极端微生物的详细研究。传感机器人通过观测电缆得以自行充电以及下载资料，可利用的信息则通过观测电缆迅速经过互联网传递给世界各地的科学家和教育工作者。

球状的机器人内部装有电子设备和电池，表面则配有3个感知器分别用来测量pH值、温度和含氧量。工作时传感机器人将周围的环境状况汇报给内部的电子设备，它们将信息转化成发光，进而提供一种视觉上的摩尔斯码。

位于海底的高速照相机将收集并保存这些光信号以供之后在船上破译。随着传感机器人技术的发展，这些机器人球体将覆盖更大面积的海域，向核心数据中心传递更为规范的信息。最终，这些传感机器人将形成能半自动化运行的机器人群。远程控制通过精确控制它们穿过海水的量，使这些机器人群在三维几何空间内精准地活动。

独立运行的传感机器人群在复杂、恶劣以及偏远的环境也能发挥作用。利用安装在传感机器人平台上的微量分析系统，这些人造水手能够以时间和空间为索引从微观层面上分析微生物群的基因组信息，同时也能从宏观上观察各种各样的生物活动。

这种被称为p3N的最新版本传感机器人在各自独立运行的同时具有联网能力，族群中的各个成员可以借此相互交流。传感机器人所应用的不是那些用于手机或其他陆基型所用的无限网络，而是通过它发出的光信号来相互连接的多跳网络。

科迪教授说：“海洋里有规模非常庞大浩瀚的景观，传感网络因而非常刺激。”在空间的一个点上投递一个非常昂贵的机器人，然后连续地使其到处移动经常会漏掉动态的现象。与之相反，一大批不昂贵的传感机器人可以覆盖更为广阔的领域，实时观测地震、生物生长以及其他阶段性景象。

『“就像追寻散落一地的珍珠一样，我们可以通过互联网远距离地追踪传感机器人。如此，我们获得能源效率和光通信速度的全部好处而无需承担光损失和海水衰减。”』

在最近的一次乘船漫游研究中，科迪教授借助一个名为“海洋科学遥控平台”的加拿大远程操作工具，帮助传感机器人在海底定位。这次，传感机器人被部署在一个深度超过1500米的深海热泉内部和周围，该热泉位于一个海底火山喷口覆盖区域之内。科迪教授在几百平方米的海域内部署了20个传感机器人，同时利用高速水下相机连续记录下三天内传感机器人监测的结果。

正在构建中的新型p3N传感机器人将具有惯性监控装置，这一装置可以帮助它们感知其移动过的时间和地点。最终，为各个设备所独有的机载推进系统将独立地远程控制这些装置。而挑战创造这样的系统具有重大意义。应用惯性监控装置技术，可以设计传感机器人自动调整其浮力以利用海流中的自然运动。

研究小组将在蒙特雷湾水族馆研究所的海底电缆环境下延续他们的传感机器人实验。小组的研究重点将集中在研究海底微生物上。“多跳节点”这一概念将发挥作用使研究可以在低成本、格式紧凑的模式下同时监测多个分析对象。此外，该研究还有其他潜在的应用价值，包括国家安全、传染病学、污染物监测。

在实验室中，一个传感机器人发射出它的代码，球型海底机器人正是借助于这些亮蓝色的光脉冲传递有关其周围环境的信息。高速照相机获取光代码信息，并将这些记录和传送的信息保存用于后续分析。