作者:彭科峰 戴天娇 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2015/3/2 23:39:00
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长航程自主水下机器人:摘海洋装备产业皇冠明珠

 

编者按:微观创新单元的智力与活力,直接汇聚成国家进步的源泉。2014年度中科院杰出科技成就奖获奖团队,是在科研探索以及团队建设方面均收获丰硕果实的科研团队。勇于创新、团结协作,为科学院“三个面向”及“率先行动”计划的实施做出表率,只有走进这些创新单元,才能最真切地感受来自基层的创新脚步。

■记者 彭科峰 通讯员 戴天娇

在1月29日的中科院年度工作会议上,来自中科院沈阳自动化研究所(以下简称沈自所)的“长航程自主水下机器人研究集体”,获得“2014年度中科院杰出科技成就奖”。

在掌声之中,沈自所研究员林扬作为这一集体的代表,接过了奖状。为了这一成果,以他为代表的沈自所科研人员付出了10多年的努力。

从预研开始

在习近平总书记强调发展机器人产业的呼声之后,机器人工业,包括水下机器人的发展,正迎来前所未有的机遇。各地政府都在加紧发展机器人产业园。

如果把时间往前推到2000年,机器人工业的发展,可谓饱受冷遇。

投资大、见效慢、技术难度高,这是机器人产业的通病。尤其对于自主水下机器人而言,技术含量很高,这就不是一般的科研机构或企业能做的事。

但早在2000年,沈自所就已经进行了长航程自主水下机器人的预研。所谓预研,就是在没有接到外界经费资助、社会也暂无相应需求之前,对前景看好的技术进行预先研发。

“我们所在水下机器人的研发方面,有悠久的传统和历史。早在上世纪七八十年代,蒋新松院士就提出了发展水下机器人的思路。后来封锡盛院士也作出了积极的探索和成果。因此,我们在自筹经费的基础上,进行了长航程自主水下机器人的研发。”林扬介绍。

那时,这个团队只有七八个人,经费也有限。但抱着甘于坐冷板凳的决心,林扬等人潜心科研,终于迎来了曙光。如今,这个团队已经达到近80人的规模,相当于创立之初的10倍。

2002年,他们的研究得到有关部门重视,并给予了一定的经费支持。几乎同时,中科院相关领导也注意到这一很有发展前景的研究,也予以稳定支持。

2005年,这个团队全面攻克了相关核心技术,制作出了原理样机。这个自主研发的机器人通过了千岛湖的湖试以及南海的实地环境实验。2006年5月,项目研发的机器人再度通过了海洋环境的全面实测,标志着该款机器人在技术上走向成熟。

“当然,这个项目最终结束并定型,应该是到2011年年底。在此之后,机器人还需要进行大量可靠性、保障性的测试,并进行了小批量生产。”自主水下机器人技术研究室副主任郑荣说。

合作的成果

在林扬看来,这项技术之所以能够成功,离不开老、中、青科研人员的精诚合作。

“封锡盛院士为这项成果提供了最原始的设计思路。在后来的研发过程中,他也经常提供宝贵意见,给了我们这些年轻人很多启发。”郑荣说。

长航程自主水下机器人的研发主要有三大难关:能耗与降阻问题、智能控制技术以及自主导航技术。郑荣主要负责的就是机器人能耗与降阻的关键技术研究。为了找到高续航、大容量的能量来源,同时从材料、外型设计方面降低阻力、减少能耗,他们花费了两三年的时间。

2002年大学毕业后加入该团队的梁保强说:“刚刚毕业,我就能参与到这么高端的项目,有这么多院士、专家在身边提点,对我个人的成长来说,帮助很大。”

有着控制专业背景的梁保强主要负责硬件设备的物理框架部分。每一个软件系统设计好之后,还需要进一步和硬件结合,做好硬件架构也很重要。

“比如,是用集中式控制方式,还是分布式控制方式,都需要多次实验、反复设计。”梁保强说。

正是有着这种敢于创新、勇于拼搏、团结协作和无私奉献的团队精神,自主水下机器人技术研究室的力量才不断发展壮大。

广泛的应用

长航程自主水下机器人的研发一直是各国科学家发力的焦点所在。

“应该说,有缆机器人在一些特定领域有优势,比如在一个固定的范围内进行勘探,这种形式的机器人方便操作。但从长远来看,具备一定的环境识别能力、拥有一定‘自主’意识的机器人,必然是未来水下机器人的大势所趋。”林扬说。

在完成这项成果的过程中,他们在多个方面取得了自主创新的硕果。最突出的是使用了锂一次电池大规模成组方案。一般而言,长航程机器人要求能量储备大,一般的电池无法满足条件。锂一次电池是目前电池家族中单体容量最大的电池,但因其成组难度极大,以前科研人员从来没有想过用其充当长航程机器人的推进动力。

“但经过我们的研究,只有这种锂电池符合此类型机器人的要求。所以,我们开展了相关关键技术攻关,进行全新设计,最终的成组规模达到世界领先水平。”林扬介绍道,在机器人与载荷有效匹配等方面,他们也进行了卓有成效的创新。

展望未来,林扬对于我国自主水下机器人的发展充满信心。“就沈自所来说,水下机器人的研发技术,基本和世界先进国家处于同一水平”,但同时,他也期望未来国家能进一步加大投入,加速其发展。

“目前,国家绘制了建设海洋强国的宏伟蓝图,海洋强国首先是海洋装备强国。如果说机器人是制造业皇冠上的明珠,那么自主水下机器人,就是海洋装备产业皇冠上的明珠。”郑荣最后表示。

 
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