深海考古机器人项目揭秘

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路美穗子

2020-08-23 01:14:05

如果你去年在汉堡IROS机器人盛会听过Oussama Khatib的演讲，你应该对他说的“疯话”应该还有印象。会后，我们立刻当然把Oussama堵住了：你说潜水机器人啥？！原来，这个叫做OceanOne的机器人与法国方面合作，参与了一个绝密项目，现在该项目正式解密了，我们终于可以看看他们搞了什么鬼。

最开始，OceanOne并不是考古机器人——阿联酋的阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）提出概念构想，作为一种监测红海中深海珊瑚的方式。KAUST红海研究中心的海洋科学助理教授Christian Voolstra去年在一次采访中说道了这个概念的来源：

“目前人们使用一种叫做ROV（遥控操作车）的设备，是由灵活度有限的两个机器人臂组成的小潜水艇。使用ROV检查脆弱精巧的珊瑚群还是很有问题的。KAUST电子工程学院的Khaled Salama教授认识斯坦福大学的人，可能可以帮助我们创造一种新的机器人交互系统。我们和斯坦福团队的人联系，告诉他们我们对于目前有的工程解决方案非常头疼。他们说‘好，我们知道如何做机器人......何不做一个水下机器人？”

OceanOne和传统的水下ROV不同，从很多层面上都比ROV好多了。它更加小，大约和真人潜水员差不多，大约5英尺高（大约一米五），可以非常灵活。机器人有一层油防护，而不是用空气做防水，这样不用压缩，让机器人最多可以进入2000米的水深（！）。OceanOne专门设计用于在狭窄空间内精确操作，它有8个推进器，可以在水流中自动保持稳定。使用目前的水下设备时，“大部分时间都是用来保持机器人稳定，”Voolstra博士告诉IEEE Spectrum，“而不是专心在研究任务上。”

机器人最突出的特点是一对柔软、有弹性的手臂，明显代表了Meka Robotics在被谷歌收购前最后的项目。手腕里有力量传感器，最终的目标是要在每个手指里都加入触觉传感器。有了装满传感器的手臂、手和脑袋，OceanOne的形状非常像人，这也是与现有的ROV相比OceanOne的颠覆之处。

传统的ROV是一个超级大块头的潜水艇一样的东西，有几个可以抓的手臂。对于石油钻井之类的功能挺不错，但是对于脆弱精巧的珊瑚和水下考古环境，你做好准备和珊瑚宝贝们说再见吧，因为一定会被这些粗鲁的机器狂暴地撞坏。而且操作的方式也非常不自然，没有对待易碎物品所需的控制和反馈。

Frederic Osada和Teddy Seguin

OceanOne代表了水下机器人的一种新方法：远程监控。它的设计类似人类，因为这让人容易使用。OceanOne给人的视角与你看到自己手臂的视角类似。因为使用了触觉反馈，要抓起不物体而不捏碎东西变得非常简单和自然了，即使是对于没有很多操作经验的人都可以。

这大致来说就是支持人形机器人的原因，即便这在设计上得有所妥协，因为增加了复杂度，且没有为某个专门的任务最优化。例如，如果你想从轮船残骸中拿起一块陶器，有两只手并且有触觉就非常理想，只要人在控制机器人。对于一个全自动化系统这不一定是最好的方法，但是对于OceanOne（至少在可预见的未来）运行得挺好。

OceanOne的第一项任务是La Lune，国外路易十四的旗舰大船，在1664年与法国南部海岸外20英里沉入100米深的水底。100米听起来可能不怎么样，但是我们咨询的潜水专家说，如果没有强度很大的训练和许多帮助人生存的特殊设备，人类很难去到这样的深度。我们很高兴地看到，机器人没有出现什么问题。从新闻发布来看：

“在一队研究过遗址的深海考古学家帮助下，Oussama Khatib发现了一个葡萄大小的花瓶。他精准地悬浮在花瓶上空，伸出手、感受到它的形状和重量，然后伸出一根手指来拿住花瓶。他游去一个修复篮，轻轻将花瓶放入，盖上盖子。然后他站起来，与他周围的几十个考古学家和工程师们击掌。”

“我们以非常自然、非常有意义地方式将人与机器人结合在一起。人类可以为机器人提供直觉、专业和认知能力。”Khatib说，“两者共同带来了一种很好的结合。人与机器人一起可以进行对人来说比较危险的工作，同时人类也在那儿参与。”

在拿取花瓶时，大家非得让Khatib展示这项特异功能：当OceaOne游泳穿过残骸时卡在了两个大炮之间。反方向发射推进器也出不来，所以Khatib控制了手臂，让机器人动起来，做了类似俯卧撑的动作，然后OceanOne就成功脱身了。

OceanOne现在还是原型，KAUST的Voolstra博士解释道“我们的计划是进行一系列实验来体现机器人双手的灵活性和敏感度。”一旦机器人试验成功，Voolstra博士希望用它来研究中光度珊瑚礁，生长的位置对于使用潜水装置的人类来说太深了。我们对于这些珊瑚的认识还很少，但是随着世界上珊瑚越来越少，它们也许可以是一个独特的珊瑚避难所。Voolstra博士说：

“我们尤其希望进行的是珊瑚的深入原位生理研究。例如，不同深度中不同珊瑚物种的原位荧光测量，将让我们了解中光度珊瑚的低光适应与繁殖潜力。目前研究深海物种的惯例是将它们从海里拿出来，到水面上来观察，但是这意味着你将它们带离了它们的自然环境。直到现在，我们还不能不经干扰地在他们的自然环境研究它们。”