微型AUV如何彻底改变海洋探索

地球海洋深处仍是地球上最后的探索前沿之一，蕴藏着重要的资源和关键的生态系统。传统上，有两种无人潜水器被用于探索深海：一种是遥控潜水器(ROV)，它通过通信和控制系绳与水面船只相连，由船上的驾驶员操作；另一种是自主水下航行器(AUV)，它没有系绳，无需操作员干预即可在水下航行。这两种潜水器都是很有前途的工具，可以帮助人类收集水下数据，并改变包括海洋研究、近海工业、环境保护甚至国防在内的各个领域。

随着气候变化的影响，人们对了解海洋的需求日益迫切，使用ROV和AUV收集数据开始面临独特的挑战。它们的建造和维护成本高昂，通常需要大量专业人员进行部署和回收。它们的庞大体积也给执行任务时的灵活性和机动性带来了挑战。具体而言，ROV受到系绳长度的限制，而且需要人类的持续监督，这影响了数据收集和探索的频率和规模。

范式转变的代表

我们发现了市场的这一空白，开发了全自主水下机器人Hydrus，它将多种技术微型化，为用户带来了无人机般的水下体验。这为市场引入了微型AUV的概念。

Hydrus使数据捕获变得简单易行，从而改变了海底研究、检查、检测和分类的方式。它的重量不到7kg，实际上是一种开箱即可使用的一体化(无系绳)自主解决方案。它只需一个人就能下水和回收，无需昂贵的勘测船、水上工具、训练有素的操作员和潜水员。它的紧凑性自然意味着更简单的物流、更小的复杂性和更低的运营成本。考虑到海洋变化的速度正在加快，需要更持续地获取知识来帮助人类分析海洋状况，这是一个至关重要的特性。

考虑到水下的恶劣环境，Hydrus配备了先进的声纳、导航和通信系统。这使它能够无系绳、完全自主地航行，利用物体探测和规避功能实时调整任务。它配备了一个4K 60fps的摄像头和强大的照明系统，以确保最高质量的视频和摄影。借助人工智能图像处理系统，它可以动态平衡摄像头设置和照明，以补偿浑浊度。在无法使用摄像头的全浑浊环境中，Hydrus仍可使用声纳绘制地图。此外，Hydrus还可以在几分钟内规划3D任务，而无需专门的知识或培训。

Advanced Navigation公司首席执行官兼联合创始人Xavier Orr

在与与澳大利亚海洋科学研究所(AIMS)的合作中，Hydrus在该研究所位于澳大利亚东北海岸的热带海洋试验场(称为ReefWorks)展示了这种能力。任务是自主绘制海底预定区域的地图，寻找特定的兴趣点——在这种情况下，兴趣点是隐藏的物体，意在表示水下水雷。

通常情况下，此类演习需要昂贵的费用和复杂的后勤工作。而Hydrus必须在极其困难的热带水域执行任务，再加上仿真带来的潜在危险，使问题变得更加复杂。这与现实世界中在危险和陌生的环境中进行搜索的情况如出一辙。

幸运的是，Hydrus就是为解决这些问题而专门设计的。其小巧的体积和自主能力使其能够快速、轻松地完成任务。此外，它在设计时还考虑了具有挑战性的水域，使整套设备能够适应悬浮沉积物和复杂水流的影响。

在执行任务期间，Hydrus在设定的水域范围内自主地按照预定的搜索模式进行搜索。在执行搜索模式时，其摄像头成功识别了兴趣点，并捕捉到了目标物体的高精度图像。

从部署到回收Hydrus，整个过程不到30分钟。快速的周转时间使团队能够再进行两次仿真。通过重复仿真，研究小组观察到，在每次操作之间，类似水雷的物体在海底的位置都发生了移动。这不仅凸显了热带水域复杂的水流，而且也强调了如果像传统系统通常只进行一次操作，可能存在的安全风险。

展望未来

十年前，水下勘测和数据收集完全是训练有素的专家和复杂昂贵的潜水器的天下。

微型AUV的兴起正在为更高效的海洋经济铺平道路。

凭借降低的成本、简化的物流和强大的功能，微型AUV使全球社区更容易获取海洋数据，并扩大了海洋勘探的规模，为科学、工业、环境和整个社会带来了深远的利益。

（原文刊登于EE Times美国版，参考链接：How Micro-AUVs Are Revolutionizing Ocean Exploration，由Franklin Zhao编译。）

本文为《电子工程专辑》2024年5月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。