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连年来，水下呆板人（UUV）在海洋科学研讨、海洋工程及计谋高技能等范围获患有精深运用。一般，水下呆板人可分为自立水下呆板人（AUV）和有缆遥控水下呆板人（ROV）。AUV自带动力自立飞翔，可实行大界限探测职责，但功课光阴、数据及时性、功课本事有限。ROV倚赖脐带电缆供给动力，水下功课光阴长、数据及时，功课本事较强，但功课界限有限；连年来掘起的搀杂式水下呆板人—自立/遥控水下呆板人（ARV）连系了AUV和ROV的益处，自带动力，颠末光纤微缆实行数据及时传输，既可实行较大界限探测，又可实行水下定点精密察看及轻功课。
ARV是音信型AUV向功课型AUV掘起颠末中的浮现新式水下呆板人[2]。另外，水下滑翔机（glider）做为一种新技能平台[3]，合用于永劫间、大界限海洋处境察看，连年来慢慢老练。
水下呆板人可以在极其海洋处境下做事，来到人类难以来到的海区，在谋求人类未知寰球表现越来越严重的影响。颠末自立飞翔管制、导航定位通讯、动力动力促进、方针探测鉴识、呆板手功课等高新技能的不停攻破，水下呆板人将有用驱策在海洋处境察看、深海资本探测和开拓、深谷和极地的科学参观等范围的运用。
01
我国水下呆板人运用近况
我国的水下呆板人研讨做事始于20世纪70年头末期。40多年来，我国水下呆板人技能获患有神速掘起。加入21世纪，在科学技能部、华夏科学院、华夏大洋矿产资本研讨开拓协会（下列简称“华夏大洋协会”）等部门和机关的帮助下，以“潜龙/谋求”系列自立水下呆板人、“海星/海龙/海马”遥控水下呆板人、“海斗”系列自立遥控水下呆板人、“海翼/海燕”系列水下滑翔机等为代表的深海技能装置胜利研发与运用，发动了深海技能的掘起，极地面升高了我国深海科学研讨与深海资本勘测程度。华夏科学院沈阳主动化研讨所（下列简称“沈阳主动化研讨所”）是我国最先开展水下呆板人研讨的单元，其研发的海洋技能装置在必然程度上反响了华夏水下呆板人的研讨掘起。底下，以沈阳主动化研讨所为例，先容我国水下呆板人运用近况。
1.1踊跃驱策我国水下呆板人在深海范围的接续运用
1.1.1开始成立我国深海资本自立勘查的技能装置体制
深海储藏着地球上远未认知和开拓的宝藏，是人类社会追求来日生计与掘起的严重计谋新版图。跟着人类社会的高速掘起，对种种资本的须要不停爬升，海洋资本面对日趋慌张的场合排场，开拓和操纵深海矿产资本是人类可接续掘起的严重保证。深海矿产资本被觉得是21世纪最严重的海洋矿产代替资本，做为人类尚未开拓的宝地和高技能范围之一，曾经成为列国的严重计谋方针。自年起，我国曾经获患有包罗多金属结核、多金属硫化物、富钴结壳等3种资本范例在内的5个大洋海底勘测公约区，成为资本品种最全、勘测公约区至多的国度之一，有用地拓展了国度计谋资本的新泉源。这些矿区的前期开拓请求及勘测公约缔结后，都须要高精度、高效的探测装置[7]。
“十三五”期间，为餍足现有国际海底矿区勘查和新矿区圈定的危急须要，在国度中心研发策划、华夏大洋协会、国际海疆资本参观与开拓等项目标帮助下，沈阳主动化研讨所连系国内多家机构，攻陷繁杂海底处境下的高精度导航、自立避障和不变飞翔管制等多项关键技能，胜利研发了具备微地形地貌丈量、海底照像、水体反常探测、磁力探测等机能的深海资本自立勘查系统——“潜龙”系列深海AUV（图1）。
图1“潜龙”系列自立水下呆板人
连系探测职责及海底处境，“潜龙一号”和“潜龙四号”安排为圆柱反转体，合用于海底相对平展矿区；“潜龙二号”和“潜龙三号”安排为立扁鱼型非反转体，合用于繁杂海底地形矿区。“潜龙”系列深海AUV用于多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物、果然气水合物等多种深海资本的精密勘查，填补了我国深海资本自立勘查的空白。“潜龙”系列深海AUV前后参与了10余次大洋科考航次，在安宁洋、大西洋、印度洋等海疆开展航次运用，累计下潜近百次，实行声学探测测线高出km，声学探测面积近km2。遵循“潜龙”系列深海AUV猎取的海底多元数据，科学家对深海矿产资本的散布和成矿机理有了严重发掘，为矿戋戋域抛却和后续资本开拓供给了精确数据和模子。
1.1.2开始成立我国海洋科学研讨的自立察看与功课技能体制
海洋科学是海洋技能掘起的泉源，海洋技能是海洋科学革新的动力。汗青上，海洋学的革新都源自海洋参观察看的事实，海洋科学的革新研讨与海洋察看和探测技能密不成分。在国度“”策划、国度中心研发策划、华夏科学院计谋性先河科技专项的帮助下，沈阳主动化研讨所胜利研发出“谋求”系列自立水下呆板人、“海星”遥控水下呆板人、“海翼”系列水下滑翔机等装置并得到庞大攻破，开始成立了面向海洋科学研讨的自立察看与功课技能体制，胜利在西安宁洋、印度洋、南海、东海、黄海等海疆开展运用，实行多水下呆板人集群组网探测，开启了我国海洋科考新形式。
面向海洋科学研讨须要，在国度中心研发策划的帮助下，沈阳主动化研讨所研发的“谋求”是一套集声学探测和光学察看的50kg级模块化便携式AUV，实行了小数量制作，在攻破无人潜水器协同管制组网察看等关键技能的根本上，实行了基于声通讯的多AUV组网察看运用。
—年，由多台“谋求”（图2）构成的水下呆板人组网察看系统开展了多项海洋特色察看海上实验及树范运用。操纵多台AUV对大亚湾冷水团侵犯和岬角涡旋形势施行察看，初次获患有大亚湾海疆高分辩率的冷水团侵犯和岬角涡旋精密机关特色，为研讨飞腾流冷水对大亚湾底层生态系统的影响供给根据。在中心海区操纵多AUV开展了协同热门地区探求、编队和温跃层协同察看实验，以及海洋处境场自适应察看运用树范，按及时策划的航迹，对处境场变动最快的海疆施行察看，有用改正了该海疆海洋系统形式，升高了海洋处境场预测精度。
图2“谋求”自立水下呆板人
“谋求”是一套集成微地形地貌丈量、海底照像、热液反常探测等传感器的m级AUV，可在深海热液运动区和冷泉区开展精密声学探测、近底光学察看。自年起，“谋求”屡次参与海上运用，包罗冷泉区近底自立高精度探测，与“海马”号ROV在南海北部陆坡海疆开展连系参观等职责。“谋求”在水体察看和光学参观职责中，得到洪量水体察看数据和高清海底相片，拍照到具备“冷泉”特色的海底生物（图3），为发掘新的海底大型运动性“冷泉”，查明其散布界限、生物群落及流体运动等奠基坚忍根本。
图3“谋求”拍照的冷泉区海底贻贝相片
“海星”是我国首台自立研发面向科考运用的m级ROV装置，最大功课功率50HP①，最大做事深度m，采取全电动促进，搭载有七机能呆板手、反转生物汲取样器、宏生物搜聚箱、堆积物取样器、采水瓶等深海科考用具，具备浮力调度和水下播送级高清视频拍照，可施行远海底采样功课。在年科考航次中，“海星”（图4）持续做事数小时，实行了m远海底飞翔参观、生物参观、海底表层堆积蓄成物猎取、泥样和水样搜聚、摹拟黑匣子探求打捞、标记物安顿等，最大做事深度m，创造我国ROV最大潜深的记录。
图4“海星”遥控水下呆板人
水下滑翔机是一种倚赖浮力调度洋流启动的新式水下呆板人，无螺旋桨促进器，具备长续航力上风。年，“海翼0”在国内领先攻破海上飞翔间隔0km的根本上，年，“海翼0”滑翔机海上飞翔间隔曾经高出km，最长接续做事天，察看剖面数高出条，再次创造我国水下呆板人续航力新记录。
在单体机能晋升的根本上，“海翼”水下滑翔机持续开展海洋科考航次集群运用。年7月，初次开展多水下滑翔机协同察看职责，创造了那时我国海上持续做事光阴最长、飞翔间隔最远、察看剖面数至多的记录，为开展深海海洋处境精密探测供给了系统收拾策划。年，11台“海翼”水下滑翔机实行西北安宁洋中法式涡旋（冷涡）归纳察看。年，12台“海翼”水下滑翔机（图5）实行印度洋连系海洋与处境研讨策划（JAMES研讨策划）冬天参观职责。年，8台“海翼”水下滑翔机做为严重参观装置参与了由华夏科学院海洋研讨所机关的国度果然科学基金同享航次策划西安宁洋科学参观实习研讨职责，胜利实行西安宁洋集群察看运用。“海翼”水下滑翔机的范围化运用，标识着我国水下滑翔机抵达合用化运用程度。
图5“海翼”水下滑翔机参与印度洋航次职责
1.2通盘引领我国水下呆板人在深谷范围的革新运用
连年来，深谷科学正成为国际地球科学特为是海洋科学的最新前沿范围。跟着深谷探测技能瓶颈被慢慢攻破，深谷科学研讨成为我国攻陷国际海洋科学研讨制高点的严重时机，对我国海洋科学工做的掘起以致国度总体科学革新气力的升高均表现了严重的推举动用。
在华夏科学院计谋性先河科技专项帮助下，沈阳主动化研讨所自立研发的全海深无人潜水器关键技能考证平台——“海斗”号（图6），是我国首台下潜深度高出万米的水下呆板人，搭载有温盐深仪和高净水下摄像机等传感器和摆设，最大做事水深10m，可颠末藐小光缆施行通讯和视频传输。
图6“海斗”号自立遥控水下呆板人
—年，“海斗”号持续3年参与我国马里亚纳海沟深谷科考航次。“海斗”号合计下潜40次，个中11次来到万米下列深度，最大下潜深度m，创造我国水下呆板人最大下潜及功课深度记录，得到我国首批全海深温盐深数据质料，实行我国初次全海深高清视频直播。
年5月，在国度中心研发策划帮助下，沈阳主动化研讨所牵头研发的“海斗一号”自立遥控水下呆板人（图7）在马里亚纳海沟胜利实行初次万米海试与实验性运用，最大下潜深度m，为我国开展深谷科考猎取了首批严重数据和样本，填补了我国万米级功课型无人潜水器的空白。
图7“海斗一号”自立遥控水下呆板人
年10月，“海斗一号”再次开展马里亚纳海沟万米科考运用，合计实行8次万米深潜与功课，最大深度m，海底累计做事超30h、航程超30km、探测遮蔽面积超15km2，海底有用高清视频时长超15h，猎取了8个点位或地区的榜样万米深谷水文、生物、地质等数据或样本。在国际上初次实行了对“挑战者深谷”西部凹下区的大界限全遮蔽声学巡航探测。“海斗一号”的胜利运用，讲剖判我国全海深无人潜水器正式跨入万米科考运用的新阶段，填补了暂时国际上全海深无人潜水器万米科考运用的空白。
1.3接续谋求我国水下呆板人在极地的科考运用
南、北极对寰球系统影响特别关键，其变动将直接影响到寰球的天气和海洋处境的变动。我国保留南、北极科学参观是实行我国海洋防灾减灾、显露寰球天气变动、动态海洋颠末造成和演化机理的严重运动。水下呆板人做为一种先进的运动平台，搭载干系的察看摆设，可为极地海洋处境研讨供给一种大界限、持续的察看本领，驱策南、北极科学研讨的不停掘起[8]。沈阳主动化研讨所从年参与我国第二次北极科学参观以来，一向全力于驱策水下呆板人在极地科收用的谋求运用，接踵攻破极地浓厚海冰遮蔽平安回收、高纬度冰下导航等关键技能，研发和优化革新了一系列高技能水下呆板人科考装置，实行了从冰底精密察看、海洋处境大界限察看到远海底高精度探测的技能跨过。
1.3.1实行海冰底部分察看到海底大界限探测的技能跨过
在国度“”策划帮助下，沈阳主动化研讨所前后研发了两型北极自立/遥控水下呆板人（图8），搭载海冰测厚声呐、光通量探测仪、视频察看等摆设，别离于年、年和年参与了我国北极科学参观，猎取了北极海冰底部物理特色和海洋处境等严重参数，实行了海冰厚度的地区高精度丈量。
图8两型北极自立/遥控水下呆板人
年，在华夏第12次北极科收用，晋级革新后的“谋求”在北纬85°海疆胜利实行下潜探测（图9），这是我国初次操纵自立水下呆板人实行北极高纬度海冰区远海底科考职责。“谋求”在m海底持续做事，胜利猎取了近底高分辩多波束、水文及磁力数据。其持续胜利下潜为我国不停深入对北极洋中脊多圈层物资能量调换及地质颠末的谋求和认知供给了严重数据质料。
图9“谋求”在“雪龙2”号极地科学参观船上布放入水
1.3.2实行我国水下呆板人南极科收用初次树范运用
面向南大洋海洋处境参观职责，沈阳主动化研讨所对“谋求0”AUV施行了适应性革新，搭载温盐深、熔解氧、浊度计、叶绿素等传感器，以升高南极浮冰遮蔽的海洋处境适应性，于年和年前后两次参与华夏南极科考，为参观队实行罗斯海多处境因素归纳参观供给了严重技能撑持。
在第35次南极科收用，“谋求0”以南极极区海洋察看运用为目标，得到南极南纬75°海疆海洋因素数据，考证了南极处境下自立导航、不变飞翔、自立平安潜浮等机能和机能。在第36次南极科收用，“谋求0”（图10）水下持续做事35h，航程近70km，实行了近20个笔直剖面的持续察看，获患有海流、温度、盐度、浊度、熔解氧及叶绿素等洪量水文探测数据，考证了我国自立水下呆板人在极其海洋处境下开展科学探测的合用性和牢靠性，为我国水下呆板人南极科学参观交易化运转奠基技能根本。
图10“谋求0”在南极罗斯海布放
连年来，在国度干系部门的鼎力帮助下，我国水下呆板人技能研发与科考运用本事有了长足的上进，多项技能装置填补了国内空白，部份技能抵达国际先颠末度。面向深海资本勘查、海洋科学研讨等国度庞大须要，成立了谱系化技能装置体制，引领了我国水下呆板人装置掘起，实行了深海资本近底高精度声光归纳探测、深海原位取样及解析探测、超长航程跨季度跨海疆接续察看及深谷海沟、南极和北极冰下探测，使我国具备了全海深探测与功课本事[9]。在驱策材料、流体和声学等根本学科掘起的根本上，不停驱策设立呆板人海洋学、呆板人测绘学等新式学科，发动传感器、动力、促进、导航、通讯等技能的上进，驱策了我国深海科学研讨与技能装置研发的亲密连系。
水下呆板人运用的胜利阅历讲明，保留走深海技能国产化道路是我国的切确抉择。我国具备通盘自立管制深海焦点关键技能的本事和潜力。保留“计谋先河先行—庞大研发职责攻关—树范运用”的线路，加倍首创性、前瞻性、引领性科技攻关，把装置制作紧紧抓在本身手里，进而为海洋强国成立表现更大影响。
02
水下呆板人运用预测及倡导
面向来日更繁杂、更极其的运用途景，须要升高单体水下呆板人的智能化程度。颠末开展新式动力材料、流膂力学、管制导航等保守学科与新兴学科的跨学科穿插合并与技能革新，驱策人为智能、大数据等音信技能与水下呆板人技能的深度合并。人为智能办法曾经在呆板人视觉、挪移呆板人和产业呆板人管制等方面表现出优胜的处境适应性；跟着社会音信化不停升高，大数据技能应运而生，且获患有精深的运用。这些先进技能为水下呆板人智能化供给了新思绪和新办法，比方：采取人为智能办法，可升高水下呆板人的处境感知领会、自立举动决议等智能化程度；采取大数据技能，可晋升水下呆板人安康自评价和修理、方针动态鉴识等本事。研发新一代智能水下呆板人，进一步完满水下呆板人谱系装扮备体制，实行水下呆板人向智能水下呆板人的技能跨过，已成为水下呆板人来日的掘起趋向。
面向来日更精深、更危急的国度须要，须要充足操纵不同范例水下呆板人的技能特性，升高水下呆板人集群归纳探测本事。攻破跨域集群多源及时感知、多源音信合并、立即决议反应等关键技能，实行呆板人世的互联互通，成立多呆板人跨域集群协同探测与功课系统，为实行海洋运用供给前瞻技能储蓄。面向我国深海技能装置的来日运用，从研发极其处境装置、长远驻留科考、无人化科考、科知识题认知等方面，提议4点掘起倡导。
（1）研发适应极其海洋处境的深切海科考装置。面向南极、北极、深谷海沟等“三极”极其海洋处境运用的须要，升高自立处境感知、繁杂处境适应、智能决议与自立生计等技能。研发超长航时海洋中小法式察看系统、穿梭北极自立水下呆板人、环南大洋跨年持续察看水下呆板人、南极冰腔探测功课呆板人等。颠末水下呆板人的技能上进，升高人类对海洋的认知程度，深入领会海洋对寰球天气变动的影响。
（2）实行从航次型科考形式向深海长远驻留型科考形式的改变。针对深谷科考、深海矿产资本挖掘和深海油气资本开拓等须要，攻破海洋装置驻留海底所需收拾的长远防侵蚀、高速音信交互、高效动力补给、模块化换装、地区全场景监控及自立功课等关键技能。成立海底基站原位察看与智能水下呆板人大界限察看探测相连系的远海底科考体制，实行我国深海海底开展长远驻留持续科考与功课，深入领会寰球天气变动对海洋海底处境的影响。
（3）实行从有人科考向无人化科考形式的改变。面向更极其海洋察看与探测的须要，通盘晋升海洋科考效率，成立高海况适应的少人化或无人智能船与水下呆板人深入合并的归纳科考体制。攻破高海况适应科考母船创造、水下呆板人高效布放回收、长途假造的水下科考功课职掌、主动化实习室样本管教与解析等技能。颠末技能上进，低沉海上科考队范围，晋升海上无人装置运用程度，增加卑劣海况对科考功课的影响。
（4）不停升高海洋庞大根本性科知识题了解程度。依靠智能船和海洋呆板人察看探测技能，不停深入对台风、内波、生态处境等海洋庞大科知识题的了解。深入台风极其海洋动态颠末了解，成立台风颠末大气-海气界面-表层水体“跨界面”平面察看系统；攻破台风焦点区追随察看瓶颈，显露台风-海气耦合机制，升高预告精度，助力台风灾祸提防。深入海洋中小法式颠末极其海洋动态颠末了解，成立中小法式颠末“跨法式”永劫间平面同步察看系统；攻破全周期平面协同动态跟踪察看瓶颈，显露内波生消机制，实行确切预告，晋升平安保证本事。深入海洋生态处境极其动态颠末了解，成立海洋生态处境“跨学科”四维平面永劫续察看系统；攻破全方位高效动态协同察看瓶颈，显露生态处境耦合机理，助力实行“双碳”方针。
颠末量年的技能攻关和树范运用，华夏成立了谱系化的水下呆板人的装置体制，具备了开展不同范例水下呆板人的正向安排本事。站在新的汗青掘起阶段，驱策资产化颠末，放慢成立水下呆板人产业化体制，加倍行业运用，勉力晋升水下呆板人对我国海洋经济的孝敬度，为我国放慢海洋强国成立做出更严重的科技孝敬。
本文原刊于《华夏科学院院刊》;做家：李硕1,2吴园涛3李琛3赵宏宇1*李一平1,2；参考略
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