水下机器人是一种能在水下自如移动，具有视觉和感知系统，利用机械臂或其他工具，通过遥控或自主操作，代替或辅助人完成水下作业任务的装置，可用于石油开采、电缆铺设和检查、海底矿产调查、打捞作业、管道铺设和检查、海洋水产养殖以及江河水库大坝检查等。那么，水下机器人有哪些用途和优势呢？ 　　水下机器人的用途。 　　考虑到水下机器人的消费水平，水下机器人可用于水产养殖监测、水下摄影、水库大坝检查、科研探索、海岛旅游等领域。 　　1.水下能见度比空中能见度低得多。通俗地说，在地上，可以爬得高，看得远。但是在水中，人眼的可视范围会随着亮度的降低而减小。依稀记得在海里潜水20米后，肉眼无法依靠自然光源观察周围环境。然而，有了水下机器人，通过操作可以潜水100米，到达500米的距离，这意味着可以在数百米深的水域进行活动和观察。 　　2.水下阻力高于空气阻力。首先，空气阻力受飞行速度、接触面积、空气密度等因素影响，所以航拍前通常会有飞行环境测试。水的阻力是空气的800倍。要想在水中顺利操作无人机，难度可想而知。 　　3.电池续航问题上面说了，水中的阻力比空气中的大，阻力越大，消耗的能量越多，所以电池续航是无人机的一大缺点。 　　水下机器人的优点。 　　水下机器人操作简单实用。在智能设备上下载APP进行远程操作，然后实时执行动作。机动性好，可操作性强，无人员伤亡风险等。其次，操作简单实用。在智能设备上下载APP进行远程操作，然后实时执行动作。 　　首先，从发展背景来看，传统的水下作业不仅非常复杂，而且人身安全也无法得到充分保障。而且，随着人类海洋活动的日益广泛，水上水下各行业的发展正在加速，未来对水下机器人的需求将持续上升，这是大势所趋。 　　其次，从应用领域来看：水下机器人类似于陆基无人机，具有广阔的发展潜力。可广泛应用于渔业养殖、海洋监测、生物研究、船体修复、观光潜水、海洋矿产勘探、水下航行、水下救援、管道检测等诸多领域。能够很好地适应未来海洋经济的发展方向，助力水业的成长壮大。 　　此外，在产品优势方面，随着水下机器人技术的升级和成熟应用，不仅可以大大降低人工操作的风险，还可以提高作业效率，降低相应的支出成本。同时，在其他前沿技术的融合驱动下，水下机器人的整体性能和性价比也在不断提升，不仅可以更好地完成工作，也推动了这一行业的规模化发展。

 　  随着海洋开发的日益发展，水下机器人已经成为海洋开发的重要工具。水下机器人大赛也成为展示机器人技术的重要平台。国际MATE水下机器人大赛是由美国海洋高级技术教育中心（MATE）主办的一年一度的比赛，是世界上最权威的大学水下机器人ROV大赛。中国海洋大学作为中国海洋科学的领头羊，在2019年香港首次举办竞赛，2020年因疫情取消后，于2021年抓住了机遇。大学工程学院的out罗孚本科团队以其扎实的基础和出色的表现脱颖而出，在中国大陆赛区预赛中获得了唯一的出线权。近日，《晨报》记者采访了团队指导教师任凭以及团队学生队长钟俊，听他们讲述比赛的情况。 　　创新和创业技能国际测试 　　我今年40岁，是中国海洋大学工程学院的老师，是这个水下机器人竞赛团队的教官。说起球队在赛区预选赛中取得唯一出线权的能力，任更是分外自豪。“不容易！真的不容易！队员们这几个月的努力没有白费，一切都是值得的。”任老师表示，大内罗团队成立于2020年秋季，目前由工程学院、经济学院和外国语学院的13名学生组成。团队依托创新教育实践中心，利用学校SRDP创新指导专项资金，在工程学院自动化与测控系教师指导下，以自组织、自管理、自主选题的方式运作，充分发挥每个学生的专业优势，实现跨学科融合。 　　“今年的比赛要求以‘环保’为主题，要求设计制造ROV机器人，解决海洋塑料污染的实际问题，分析气候变化对珊瑚礁的影响，考察环境污染对内河航道的影响。比赛要求学生作为水下机器人公司的创业者融入比赛，每年根据不同的项目投标任务设计合适的ROV，通过现场任务挑战、技术文档、项目答辩、安全检查、海报设计、社会影响等多个环节。竞赛是对大学生创新和创业技能的全方位国际测试。”任老师说。 　　决赛将于7月15日举行 　　记者了解到，OUC-ROVER团队以作品《并联机械手水下机器人》参加比赛。这项工作打破了传统串联机械手拾取水下物体的惯例，采用并联机械手拾取水下物体。并联机器人具有驱动部件集中、多自由度目标抓取、工作空间大、负载力大、对人体干扰小等优点。该机器人配有双目系统，可自动识别和定位目标，并配合视觉伺服技术，可识别、定位和拾取水下物体。并联机器人在水下的应用代表了水下机器人研究的一个新方向。预赛截止日前夕，队员们利用周末和节假日通宵工作，调试机器，刻苦练习，彻底清理水池，克服各种困难，终于在6月14日按时提交了比赛视频。在收到MATE的官方反馈后，队员们迅速行动，及时提交了补充视频和相应的说明。最终，MATE正式认可了团队成员的工作，并于6月14日8: 00正式发出晋升通知。决赛将于7月15日举行。让老师说比赛技术要求高，时间紧，任务重，考试能力不限于专业技能，更注重一个团队的技术水平，英语表达能力，市场营销等综合能力。推广是团队成员合作、配合、努力的结果，是对团队近几天不懈努力的肯定。站在水下机器人未来发展新机遇的大潮中，团队未来会吸收更多新鲜血液，同心协力，全力以赴，相信会取得令人满意的成绩。 　　机器人经历“重生”和重组 　　作为组长，中国海洋大学工程学院大三学生钟君深知这个荣誉来之不易，每一项成绩都是团队成员集体努力的结果。“在准备过程中，我们的团队成员确实克服了许多困难。团队成员付出了很多，通宵调试机器，准备入门资料，经历了很多前前后后的不眠之夜。”钟君说，在最忙的时候，每个人经常调试机器直到凌晨一两点，然后第二天去上课。同宿舍的同学经常开玩笑说：“见到你真不容易。”因为他们要么在调试机器人的路上，要么在忙着做电路的监控和维护，为机器人做发射测试。谈到机器人的“成长”过程，钟君说，新版机器人经历了“重生”。 　　“第一个版本的机器人已经经历了多次调试，并经历了一个频繁出错的阶段。后来经过多次调试，多方寻找改进方法，咨询有经验的前辈等。并移除了原机器人的一些部件。电路板被取出，机器人的第二个版本被重新创建。”钟君说，一个完整的水下机器人主要由金属框架、密封舱、浮体材料、推进器、机械手等组成。由于旧机器人存在许多问题，他们返工，制作了一个新版本，“如水下螺旋桨。”改进方面，原螺旋桨一直觉得控制不了，很难解锁。后来在很多地方找了资料，问了老师，才知道螺旋桨本身有保护程序，需要释放才能控制。钟君说他从加入机器人团队中获益匪浅。除了团结协作的精神，他还有很多课本上学不到的知识。自我探究和学习使他们获得了更多的信息。接下来的最后任务越来越全面。他相信如果大家一起努力，一定能拿到好的名次。

       近日消息，日本山形大学的研究人员已经开发出了全3D打印执行器，该执行器可以构成类似水母的软机器人的基础。使用基于紫外线的3D打印机，该团队能够将新合成的水凝胶固化成一种与水母的肌肉相似的收缩机制。基于他们新颖的设备，科学家们现在打算创建一个具有潜在海洋野生动植物监测应用的水下机器人。       先进的设备具有可以与人类一起工作、进入灾难管理、海洋保护甚至医疗保健应用中，在人类无法做到的地方发挥潜力。这种机器人在水下具有特殊的前景，在那里他们可以收集有关海洋的更多信息，并有助于进一步实现联合国的可持续发展目标（SDG）。达到此目的的最佳方法之一是创建模仿天然动物运动的柔软材料，但到目前为止，即使是3D打印的章鱼风格机器人都具有金属体，有可能使它们对海洋生物造成破坏。       虽然许多现有的水下机器人，都由有机硅弹性体制成的“腿”作为动力，但是水凝胶却提供了一种替代方法，它们由大约90％的水组成。这种成分也与在水母中自然看到的成分相似，与其他水生生物相比，其操作所需的能量要少得多，有可能使它们成为海洋友好型监视机器人的理想基础。日本科学家使用UV 3D打印机制造了五个水凝胶致动器原型构造新型执行器       在Yamagata团队开始3D打印执行器之前，他们合成了一种新型的交联P-DN水凝胶，该凝胶由一层硬而脆的聚合物和较软的第二层结构组成。该材料的特点是高含水率、较高的强度和出色的可印刷性，为装置提供了坚硬而易延展的特性。准备好配方后，科学家们使用基于UV的3D打印机，将其聚合成三个独立的部分：连接器，底座和盒子。从理论上讲，“底座”和“盒”设计为通过注入空气而变形，从而产生提供推进所需的收缩力，而“连接器”仅将硅树脂管固定在执行器的主体上。       为了进行测试，团队3D打印了五个不同的原型，发现凝胶的弹性与所用单体的类型紧密相关，并且达到了交联的水平。同样，执行器的生产宽度为0.4-0.5 mm，因为较厚的层会出现膨胀，从而导致零件不一致。在压缩测试中，通过管道将空气注入执行器，科学家发现他们能够通过调节其组成部件的弹性模量来控制其变形。该设备还显示出与月水母相同的收缩率，可能使其成为完整机器人复制品的理想基础。       将来，研究人员认为，完善执行器的壁厚与其轨迹之间的关系，将是开发改进的设备迭代的关键。目前，Yamagata团队打算将其执行器集成到一个新颖的以水母为灵感的机器人中，最终目的是在海洋保护应用中使用它。受动物启发的软机器人       虽然用于环境监控的3D打印机器人是一项相当高尚的工作，但它绝不是一个新颖的机器人，并且最近已经开发了几种类似的机器人。来自佛罗里达大西洋大学（FAU）和美国海军研究办公室的科学家们已经使用3D打印的软机器人水母来监视脆弱的珊瑚礁。该设备由八个液压执行器组成，这些执行器经过专门设计，不会损坏脆弱的生物生态系统。       同样，哈佛大学的一个团队创建了“ Octobot” 3D打印自主软件机器人。像Yamagata团队的执行器一样，Octobot是基于气动的，但是它没有使用氧气，而是将少量的液体燃料转化为气体，从而像气球一样使手臂膨胀。软机器人还具有重要的陆上监视应用程序，佐治亚理工学院的工程师已经创建了3D打印的“ Slothbot”，于在亚特兰大植物园照顾野生动物。该设备沿着在树木之间缠绕的电缆移动，以观察下面生境的温度，天气和CO 2水平。       研究人员的发现在题为“用于水母软机器人的全3D打印水凝胶致动器”的论文中进行了详细介绍。这项研究是由shima岛由纪，吉田和成（Kazunari Yoshida），霍斯拉（Ajit Khosla），川上正（Masaru Kawakami）和古河秀光（Hidemitsu Furukawa）合着的。来源：贤集网

      德国的许多游泳池没有足够训练有素的救生员，在许多地方，这种熟练劳动力非常短缺甚至没有。最新的解决方案可能是一个漂浮的水下救援机器人，它的目的是在紧急情况下支持救援人员。在哈雷的水上救援机构Wasserrettungsdienstes-Halle e.V.的帮助下，来自伊尔梅瑙的弗劳恩霍夫光电、系统技术和图像开发研究所IOSB的一个研究小组开发了这种水下机器人。        据德国救生协会（Deutsche Lebens Rettungsgesellschaft，DLRG）统计，2019年德国有近420人溺水身亡，其中大多数人在淡水湖中丧生，然而，游泳池也发生了多起致命事故。其中一个原因是全国缺乏训练有素的救生员来看守游泳池。来自弗劳恩霍夫IOSB先进系统技术研究所（AST）的一组研究人员正致力于改善这种状况，他们开发了一种水上机器人，这是世界上唯一一种水上机器人。这个机器人将协助救生员和救生员，并在紧急情况下营救游泳者。科学家们利用他们多年来在水下机器人领域的专业知识开发了这种自主系统，他们已经设计了一种自动水下航行器，并获得了许多奖项。        计算机科学家Helge Renkewitz与Wasserrettungsdienst Halle e.V.密切合作，领导了这个已经完成的项目，他说：“当有人处于危险之中时，你可以用一些典型的姿势来识别出来。”这个项目是由德国联邦经济事务和能源部（BMWi）资助的。安装在游泳池天花板上的监控摄像头记录了溺水者在游泳池中的运动模式和位置，并将坐标发送给机器人。它被安全地存放在游泳池地板上的一个扩展底座中，在紧急情况下可以打开。一旦车辆到达目的地，它就会找到濒危人员并将他们带到地面。一种将救援人员固定到位的机制可以防止死尸在浮出水面时滑落。这种装置也可以安装在其他水下航行器上。在未来，机器人将类似于流线型软骨鱼开水试验成功       在游泳池，无人机和齐柏林飞艇系统承担着监控摄像头的任务。这些无人机和广告气球可以很容易地安装摄像头。伦克维茨说，在能见度受限的游泳池中进行救援时，水下航行器必须安装声传感器，而不是光学传感器。声波回波可以用来精确地确定人的位置和方向，这样机器人就可以自主地向目标人前进并将其抓起。通过研究人员在哈勒（Saale）的hufeiseen湖进行公开的水域测试，这一点在实践中已经被证明是有效的。一个80公斤重的假人被放置在3米深的地方。随后，机器人将其捡起，固定到位，在一秒钟内将其带到水面，并通过最短的路线将其运送上岸——距离海岸40米，救援队已经在那里等待。“当机器人被告知有紧急情况时，一个信号会立即提醒团队。整个救援行动只持续了两分钟多。伤员必须在5分钟内复苏，以避免大脑长期受损。我们能够保持在这个关键的时间框架内没有任何问题。”伦克维茨说。水上机器人通过最短路径将假人运送到岸上未来展望       目前的系统长90厘米，高50厘米，宽50厘米，配有电池、电机、摄像头、光学和导航传感器。伦克维茨团队的目标是进一步缩小救援系统的规模，并为游泳池和湖泊建造不同的版本。他们的目标是使它比现有的基于水下机器人的原型更小、更轻、更具成本效益。相反，未来的机器人将拥有蝠鲼的流线型设计。这种水上机器人已经申请了专利。在改进的版本中，它可以承担进一步的任务，如近海和大坝墙检查，或用于监测养鱼场鱼类的健康状况。“我们的水下航行器有着非常广泛的应用。例如，它们也适用于探测和验证湖底的考古文物。”研究人员解释说。来源：贤集网

        一项新的研究表明，将固定的声学接收站和水下机器人结合起来研究深海物种，可以更好地了解它们的生态。这些技术进步可以促进深海底栖生物种群的恢复。海洋生态系统的探索需要技术的发展，可以进行无限时间的深入研究。固定在海床上的声波接收站是一个很好的选择，因为它们提供了很好的临时分辨率，但部署成本很高，而且它们的使用仅限于锚地。因此，将其与远程操作和自主水下航行器(通常称为rov和auv)结合使用的可能性是至关重要的。       这是由Ciències del Mar研究所(ICM-CSIC)、Politècnica de加泰罗尼亚·巴塞罗那理工大学(UPC)和赫罗纳大学(UdG)的研究人员进行的一项研究的主要结论，并发表在《科学机器人》杂志上。作者声称，水下机器人是固定工作站的完美补充，因为它们具有很大的灵活性，移动速度快，能够覆盖更大的研究区域。作业能力的提高使我们能够收集有关海底海洋生物活动模式的生物和生态资料。这反过来又应使其人口的恢复行动得到改善，其中许多人由于人类的剥削而遭受苦难。       “通过声学传感器的安装33挪威龙虾和机器人网络工具的使用,我们可以看到,第一次,该物种的运动模式的深度400米,“庆祝琼纳瓦罗和琼巴普蒂斯塔,ICM-CSIC和领导的研究人员RESNEP项目框架的部分实验工作进行研究。这项实验工作包括从2019年到2020年在西班牙主要对虾渔场之一的一个渔业保护区的试点区域(布拉瓦海岸的玫瑰和Palamós之间的海域)开展的三场海洋学活动。此外，该团队事先在UPC运营的Obsea水下观测站进行了技术验证测试，该观测站距离维拉诺瓦ila Geltrú港4公里，深度20米。       该研究的第一作者、UPC的博士后研究员Ivan Masmitja解释说:“这使得我们能够对定位声波标签和同步不同接收器的方法进行详尽的分析，这对于正确定位标记个体至关重要。”该研究还解决了深海物种监测固有的问题，并提出了解决方案，如在水声应用中使用自主航行器和基于探测区域概率计算的算法。“这个实验工作研究是一个非常重要的质的飞跃这类物种的栖息地,它提供了新的方法和实践适当的监控的深海海洋生物,“加雅格布阿古兹,一个研究员,维哥和玛丽亚博士生,在ICM-CSIC,因为“这种类型的研究是至关重要的建立保护政策和正确管理海洋自然资源。”       “使用水下机器人从海底显著降低成本获取数据,不仅减少必要的基础设施,也因为多个可以用在相同的活动,“突出UdG研究员马克·卡雷拉斯负责500赫罗纳AUV在项目中使用。这位研究人员表示:“这项技术在未来至关重要，因此，我们正在开发新的功能，使车辆更加自动驾驶，并能适应各种应用。”一个跨学科协作        除了ICM-CSIC, UPC UdG,蒙特雷湾水族馆研究所的研究人员(MBARI)在加州(美国),研究所高级de l 'Electronique et du Numerique (ISEN Yncrea西南部)的布雷斯特(法国)和奥斯陆城市大学(OsloMet)在奥斯陆(挪威)也参与了这项研究通过提供补充和必要的技术和生态知识来迎接挑战,预计研究海洋和海洋。科研机构之间的合作是开展这些需要科学家和技术人员共同工作的研究的关键。这方面的一个例子是ICM和UPC的SARTI小组之间的合作，该小组通过与CSIC相关的Tecnoterra单位，成功地为各种科学挑战提供了技术解决方案，这些挑战除了在海洋学活动中获得的数据外，还需要在现场收集其他数据。       华金▽里约热内卢,UPC Obsea天文台研究员,用于项目的验证过程,强调了验证传感器的重要性和技术使用在更深的水域在实际环境中:“之前验证研究中使用的技术和设备是至关重要的增加运动的成功的机会。”来源：贤集网