海洋珊瑚智能保育设备概念设计

作者阐述：珊瑚礁是地球生物多样性最丰富的生态系统之一，联合国教科文组织于2022年4月启动紧急计划，旨在保护珊瑚礁世界遗产。本设计以海洋珊瑚礁智能保育设备为研究对象，对目前常见的珊瑚园艺式养殖保育过程中的用户行为、设备、环境等进行调研和分析，基于UCD设计理念，从安全性、可靠性、包容性、便利性出发，构建了海洋珊瑚智能保育设备概念设计模型，创新性地提出同时满足人员氧环境和珊瑚水环境的“双环境”方案，同时整合机械手、智能技术等对珊瑚残枝或断肢的收集、传输、种植、苗圃置放等进行优化和创新，解决了人员潜水作业的不便，避免了可能面临的危险，珊瑚保育的环境需求也得到较好保证。

导师点评：珊瑚礁被喻为“海底绿洲”，珊瑚礁的生态健康是海洋中生物多样性的重要保证。然而，由于自然环境的变化导致全球范围内珊瑚礁出现明显退化，部分区域的珊瑚覆盖率急剧下降，因此，开展珊瑚礁保护和修复工作迫在眉睫。在过去的十几年里，珊瑚移植在珊瑚礁修复中扮演着重要的角色，是珊瑚礁修复的主要手段。 通过大量的文献研究，并实地考察了自然资源部海洋第三研究所珊瑚保育馆，总结出目前珊瑚保育中主要存在的问题有：保育员水下作业需背负沉重装备，行动不便，气瓶所能维持的时间有限；潜水时因气压变化可能产生DCS症状，潜水员无法连续多次 作业；随时可能遭遇危险海洋生物；远距离转运时维持珊瑚苗物理环境的条件有限；陆地上的珊瑚养殖规模有限，珊瑚培育模块也相对较小。对此，提出融合智能技术的珊瑚保育设备概念设计，创新理念主要包含：自主实现珊瑚苗（珊瑚残枝/珊瑚断枝） 的收集、保育员种植作业环境的切换、无人自主完成苗圃的安置固定、充当珊瑚保护区的警示。分别设置4个功能模块： 1.种植模块。主要进行珊瑚苗的收集和采集工作，由驾驶员在舱内通过操纵杆操作外部机械手臂完成珊瑚残枝的拾取/珊瑚断枝的钳取等动作，机械手臂通过滑动槽配合将珊瑚苗放入收集舱内，机械手臂未工作状态为线性回收状态。2.传输模块。主要进行珊瑚苗的传输工作，将其从舱外传输至舱内操作台。为保证设备水下密封性，通过双舱置换设置将收集到的珊瑚苗传输入舱内。3.种植模块。主要进行珊瑚苗的种植工作，由保育員记录珊瑚苗编码及生长数据，并依据珊瑚苗的生长情况和生长趋势将其固定于种植舱内的苗圃架上。 4.置放模块。主要将珊瑚苗圃架放置并固定于海床上，苗圃满载后由设备进行投放并固定。苗圃四个支撑脚与通电磁吸模块相吸，利用缆线控制实现平行投放，利用电钻工作原理实现苗圃架的远程打桩固定。造型设计充分考虑了功能的实现和珊瑚保育员全过程作业要求，设备前端应确保保育员的观察视野不被遮挡，同时考虑海水压力，采用球状透明聚碳酸酯（PC）材料。为便于保育员进出舱门方便，舱门与船体之间的距离不宜过大，以满足基本的人机尺寸为宜。在舱门附近增设浮板，并加装灯带，当设备停泊在海面时，可以起到警示作用，也有助于保育员进出攀爬，色彩以富含科技感的银色和黑色为主。 本设计为珊瑚保育提供了新的探索方向，对改善珊瑚保育的人工作业环境、提高珊瑚保育的质量和效率有一定的借鉴作用，具有一定的社会价值和现实意义。