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一艘黃色的水下小艇，在你的面前敏捷地滑過：
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來到一處設施面前，小艇停了下來。它的身體開始展開，兩只手臂緩慢伸出：
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大約三十秒后，手臂展開完成！剛才的潛水艇，已然變成了一架水底機器人。 " i, \9 v3 O% a6 I$ D
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▲ 動圖經過去幀壓縮，顯示效果為 6x 速度
+ L. G& X+ ^2 a" K$ f你所看到的這些，并非爛尾科幻大片《變形金剛》的續貂之作。 $ ?2 N; W, X( r4 U
這里，正是美國宇航局 NASA 位于得州休斯頓的約翰遜太空中心。而這臺無人機，是當地一家創業公司剛剛發明出來的，真實存在的「水下變形金剛」: Aquanaut. ; J& H2 C6 a) c% e& o' l% d
據休斯頓機甲公司 (Houston Mechatronics Inc. 簡稱 HMI) 介紹，他們開發的這臺機器人，是目前世界上第一臺能夠在工作環境下完成變形的水下雙姿態無人機器人。 5 v, V. g8 a+ w# e
何謂「雙姿態」？這還要從水下無人機的類型，「展開」來講。 7 Q( I# `8 b7 k6 B: N
在過去，水下無人機通常有兩種形態。 2 `% k( h# t2 F7 W
第一種是魚雷型。流線型的艇身是對水下動物的仿生，使得無人機可以在水中快速前進、完成幾十甚至上百海里的長距離移動。這類無人機已經存在多年，安裝相機、傳感器和采樣裝置，可以用于科考任務。但是這一型的無人機的問題，在于它們無法和水下世界主動發生交互： " }4 @' L* A" {# q& S0 y9 c. i7 y
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另一種，則是一點都不酷，方方正正，看起來十分臃腫的水下操縱型機器人。因為面向一些更復雜的操控作業，這類機器人采用了另一種仿生路線，用機械臂完成工作。但是它的抗極端環境（比如洋流）能力很差，部署要求很高：
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而 HMI 公司所開發的 Aquanaut 機器人，采用了一個更加大膽的思路：對于魚雷型和操縱型這兩種有著巨大差異的設計理念，它成為了兩者首次「合體」的產物。
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Aquanaut 的首席工程師 Sandeep Yayathi 在接受 IEEE Spectrum 采訪時表示，當他們決定開發水下機器人時，從一開始就想要采用視頻中這種「變形金剛」式的風格。 - m! T+ f7 H1 k" w" m4 Z
「我小時候是個變形金剛迷，設計職業道路時，我就想這輩子一定要親手造出一臺變形金剛來，」Yayathi 說。 7 W; ^$ Z8 S7 N& _$ o. r
但是大部分人都清楚，面向一個特定的用途專門開發的技術，往往比一個「四不像」更好用。因此，盡管在科幻電影中看起來很酷，變形機器人很長時間以來都不被專業人士看好。 # n: G! d7 o$ v7 u7 @
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但是到了水下，一切就不一樣了。 % S1 }$ j0 b+ a) U7 Y" S7 L
正如前述，在過去水下機器人只有兩種可選：選擇流體動力、長距旅行，意味著無人機沒有交互能力；選擇操縱型，意味著必須要到地才能部署，在極端環境下的抗干擾能力差。
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比如海上鉆井平臺和海底光纜公司，對于水下檢查、維修的有著持續需求，也在使用機器人技術。但事實上，它們所依賴的機器人，已經很久沒有發生過遷越式的創新了。
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如果能有一臺平時能在鉆井平臺之間，或沿著海底光纜快速移動，到了位置立刻變身維修工的機器人，既能節省人工、減少傷亡風險，也降低了機器人使用和維護的成本，對于這些公司將會帶來極大的便利。
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而這臺「水下變形金剛」，就是為了改變這一切而誕生的。
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上圖中，在小艇狀態下，Aquanaut 有著優異的流體動力學（1）；到了位置，機蓋升起，露出機械臂（2）；隨著機械臂的展開，小艇的頭部也慢慢升起進入工作位置，露出攝像頭、聲納、3D 傳感器等，機艙內也有額外的水下推進裝置，用于調整姿態（3）；手臂上標配鉗爪，也可以替換其他設備，（4）。 1 ~% n/ t: b( v& m7 w1 z1 s8 T
變形之后，它的機械臂可以完成許多不同的操縱作業，比如抓取、使用工具等等。機械臂的靈活度很高，因為每一節都有獨立的電機控制。
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不僅如此，Aquanaut 還有很大程度上的自主作業能力，用戶可以發出「順時針旋轉閥門 90 度」的命令，無人機可以自己根據現場情況，調整姿態、握住閥門、完成作業。
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和過去的操縱型水下機器人相比，Aquanaut 還有一個優勢，就是不再需要線纜的保護。目前，它采用鋰電池驅動，最遠單程可以達到 200 公里，約合 108 海里。
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拿海底光纜公司舉例，當發生故障時，它們首先需要檢查故障位置，然后維修人員駕船到達地點，把一個冰箱一樣的操縱機器人放下去，完成維修。過程中可能需要真人，還可能需要運用多種不同的機器人。 / d" ~/ G: a) ^ f- @: Z' y3 ]+ z9 ~
而現在，只需要一臺無人機，就可以完成檢查、維修的工作，在上百海里外遠程部署也沒有問題。
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HMI 的很多員工都曾在 NASA 工作。盡管 NASA 是一個太空探索的科學機構，有趣的是，它的很多工作都是在水下完成的。它不但有水下研究部門，因為派宇航員上天之前需要大量訓練，這些工作中很多也是在水下完成的。 7 }4 I/ G" Q6 k5 m
通常人們都會認為，上天比下海更難，但在 HMI 首席技術官 Nic Radford 看來，讓機器人在水下正常工作，反而比在太空中需要更強大的技術。
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「太空是一個近乎完美的環境，而水下更加復雜，動態程度極高，」他給了一個簡單的估算：讓機器人在水下工作，比在太空中可能難至少 50 倍。 + U# [/ x& z9 B1 X
創辦 HMI 之前，Radford 在 NASA 參與 Robonaut 機器人計劃，其研制的機器人已經進入了國際空間站。Yayathi 則是 NASA 月球車計劃的主要工程師之一。 a; l6 s4 z# R1 p; C* J( n
HMI 創辦于 2014 年，目前已經獲得了 2,300 萬美元的風投資金。雖然目前還沒有真的「下海」，Aquanaut 也已經在 NASA 約翰遜航天中心的巨型「游泳池」里進行了大量測試。
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該公司計劃繼續對 Aquanaut 進行優化，使得它可以自動前往維修地點、返回，只在作業期間需要人的控制、監督。 " c! x# x4 r) \7 W" I1 ~& Z
不僅如此，他們還有想法，在全球多地的海上部署無人船，作為 Aquanaut 的中繼站，進而形成一個全球運作的網絡。這樣，用戶可以坐在倫敦的辦公室里，遙控位于印度洋的水下無人機。 2 U3 Z2 g( I7 r2 F, Y T
如果鉆井平臺和海底光纜公司采用了這項技術，意味著維修工作將不再需要大批人馬乘著船，每天奔波在大海上。盡管這些利潤導向的公司對于技術換代很謹慎，他們應該會歡迎任何能夠降低風險和成本的「黑科技」，包括這臺「水下變形金剛」。 ' V& O1 H2 D; h' N/ K
「用無人機完成水下工作，會有更好、更具成本效益的方式。我們的任務就是證明這一點，」Radford 表示。 8 P) O; W M* G' _7 p6 a
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轉自硅星人 作者光譜、杜晨
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發表于 2019-8-19 16:03:34
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