海洋发展必须依赖技术

深圳的产业、粤港澳的产业在未来要上一个台阶,如果能把智能和海洋结合起来,从战略上来讲是强强联合、强强促进。深圳鹏城实验室针对智慧海洋领域未来的发展,通过建设大型的试验平台、科学实验装置,根本解决科学问题、工程技术问题,为未来的产业奠定技术基础。

海洋资源的利用、开发和保护、保卫,这是一个非常重要的未来发展,有需求还要有能力。地球71%是海,海的平均深度是三四千米,人能够下去的只能到几十米,最多靠装备多几百米,再往下只能用无人化的装备。我们要发展水下的探测与作业能力就要发展海上的无人智能装备和系统,要把71%的海洋利用起来。71%绝大部分是人类极限,必须要有新的技术。

水下机器人目前存在的问题,是零零散散用来做一些实验和测试的设备,完全不是用来进行规模化和大面积作业的生产工具,一些特殊的场合下才能用。海里的情况非常复杂,机器人的能力不可能做到非常完善、功能太多,基本上是比较单一的功能,但是由多种构成,形成机器人群体的协同作业。

针对智慧海洋领域未来的发展,通过建设大型的试验平台、科学实验装置,根本解决科学问题、工程技术问题,为未来的产业奠定技术基础,这是鹏城实验室设立水下敏捷机器人协同作业平台项目的使命。

2003年我们两次把水下机器人、水下滑翔机作为网络型水下自主移动观测节点,对它的有效性进行验证,和海底、锚系以及传载等多种海洋观测传感器联合实现对海洋环境过程的四维连续观测。

2005年美国海军开始构建长期滨海水下检测网络PLSNet,2006年试验验证了一群水下移动节点协同作业的可行性。2015年构建了5台水下滑翔机,6台REMUS AUV水下机器人、水下滑翔机用于搜集AUV数据并上浮到水面将其发送回岸基站,构建协同作业的网络体系。

欧洲的海域资源非常丰富,他们非常重视水下的发展,欧盟地平线计划从2015年到2018年资助了SWARMs项目,联合欧洲多个国家开展水下机器人协同作业的研究。他们在水面、岸基和水下,构成了作业系统,验证多机器人的协同作业。

我们要建立水下敏捷机器人协同作业平台项目的实施,构建面向智慧海洋领域的大型装置,这个装置要攻克水下机器人协同控制、水下感知、灵活操作、群体通信与定位等关键基础,形成协同探测、灵巧操作两类作业。作为基础的能力可以应用很多方面,作为基础能力进行发展。水面有五个无人通讯艇,每个艇可以带四个AUV水下自主机器人,还有带光缆的双臂机器人进行精细作用,实验体系包括室内的实验水池和半开放的海上实验基地,构成整个的大型实验系统。

这个项目包括智能决策、协同控制、水下机器人、水下感知、水下临场操作、水下通信以及实验措施几个方面。

鹏城实验室组织了全国的优势单位,深圳一流的大学和研究所都参与到这个项目,国内优选一批水下机器人、水下通信的单位,包括海工所、大连海事大学等近二十个单位协同作业。

研究团队由徐扬生和封锡盛院士领衔。徐扬生是香港大学深圳分院院长,封锡盛是沈阳自动化所的水下机器人院士。团队还有来自全国各地国家级的专家,共同开展这个工作。

鹏城实验室一共五个研究中心,其中的第四个研究中心是机器人研究中心,现在有55个全职人员,42个双聘教授,20个研究生,100多个人。看上去人不多,但是这在全世界大概是第二大水下机器人研究团队。这个领域未来发展的潜力很大,最大的是中科院沈阳自动化所,他们有200多人,希望尽快做出卓有贡献的成果。

实验室体系,包括母船是清华大学深圳研究生院建造好船,改造以后作为我们的实验用船,五个水下无人通信机器人和水下20个无缆探测机器人和有缆的双臂操作机器人构成。

协同作业平台的工作内容,比如说突然某个海域有一架飞机失事,平台收到指令以后,利用集装箱把二十多个机器人装载航行至附近区域,通过吊车投放水面,AUV水下探测机器人往下投放,水下通讯品带着水下机器人构成立体作业体系,几公里海域展开搜索,用声纳对海底进行探测。

探测数据通过水面通信发到母船,母船和地面有卫星通讯,给出相应的信息指挥其他的机器人进行侦查。根据任务目标会变换队形,探测结束之后进行回收。将收到的数据进行处理、分析,对目标物进行分析确认,针对具体的地点用双臂操作机器人进行操作。

作为一个科学装置首先为水下机器人群体控制理论与方法研究提供实验验证条件,将面向世界科学家开放。海上无人装备实验系统,每个部件都可以被替换,用来验证新的技术。现在很多是从国外采购的零件,未来逐步由国产替代,为我们国家发展水下智能装备创造实验条件。