风能机器人“极地漫游者”

　　“雪雁”低空飞行机器人

　　南极，地球上罕有的至今未被开辟的清洁大陆，蕴藏着无数科学之谜。本年2月8日，中国南极中山站邻近的冰盖上，一组赤色的风车叶随风滚动，动员一乘独特的小车，正在茫茫雪地里留下两行清楚的辙印。由我国自立研发的风能机器人——“极地漫游者”，就此“迈”出了第一步。

　　在前不久进行的2013中国极地科学学术年会上，“极地科考机械人设备”课题负责人秦为稼用视频生动地展现了我国研发的首台风能驱动机械人在南极大陆试验的场景。南极科考机械人由雏形到试验，已阅历了七八个年龄。秦为稼默示，我们将机械人定位于探测南极冰架这一命题，将来的打破将使全球为之奋发。

　　特别环境催生极地科考机器人

　　南极区域环境卑劣，东南极埃默里冰架南北长达500公里，面积近6万平方公里。地表有冰裂隙，天气前提极度卑劣，为科学考察带来极大风险。是以，引入高技术设备，为更深层的极地科考寻觅新的突破点，已成为急迫需求。机器人作为延长科考本领的探测仪器，可具有遨游、观察、采样、阐发等功能，对大范围、深层次极地探测具有重要意义。

　　秦为稼通知记者，当初提出南极科考机器人观点的其实不是极地专家，反而是机器人专家。“关于他们的假想，我们的回覆是一定的。然则，起先关于南极科考机器人的功效和用处其实不清楚。”

　　自2007年最先，由科技部核心的“极地科考机械人设备”课题启动，这也是我国高手艺研讨发展企图（863企图）主题项目“特别服役环境下功课机械人关键手艺”的课题之一，旨正在针对两极科考现实需求的多样性，打破极地机械人正在极区卑劣环境下所必须的关键手艺，融合高手艺载荷的研制取集成，实现高空固定翼、超高空旋翼、长航程冰盖周游3种范例机械人由实验样机到有用设备的超过。取此同时，积极探索可再生能源及仿生水下机构手艺，研制新型极地科考机械人样机，终极应用于我国正在南极的观察和研讨。

　　曩昔五六年里，极地科学家和机器人专家一向联袂协作。“专家们将机器人的任务和目的定位在近似冰架观察这类庞大科学命题上。”秦为稼说：“冰架作为冰盖和海洋的交汇区，是冰盖取海洋配协作用的产品。冰架失去平衡，会对冰盖和海洋发生主要危害，因而是南极气候系统的主要组成部分。研讨冰架，无论是由冰冻圈视角，照样海洋学视角，全是前沿热门。但冰架到处全是冰缝隙，存在很大的安全隐患，人很难在上面大范围自在运动，而这恰是机器人的用武之地。”

　　冰架考查将实现陆空联动

　　极地冰盖—冰架—海洋相互作用，是环球气候系统中人类相识起码的科学行业之一，对冰架底部融化机制和冰下海盆海洋历程认知更少。秦为稼以为，这次要是因为缺少学科穿插取大科学集成，贫乏要害技术手段。

　　“十一五”时代，经由不一样单元的联合攻关，我国研制了具有自立知识产权的适用于极地科学考察正在冰雪面挪动的机械人和低空航行的机械人，胜利推出实验样机；正在此基础上，正在冰雪面挪动机械人本体活动机构、系统集成、环境感知及自立节制，航行机械人高温小型航空发动机、动力电池及高温环境系统高可靠性等方面，获得技能打破，并完成了取科学载荷的集成实验。

　　据秦为稼引见，可在冰雪面挪动的机器人“极地漫游者”本体长1.8米，高1.2米，宽1.6米，重300公斤，能在风能发电驱动下不连续地日夜行走，能超过高度近半米以上的障碍物，并在冰盖庞杂地形下开展多传感器融会的自立导航节制，实现海内经由过程卫星链路开展遥控，将来可搭载大气传感器、冰雪取样器、天文地质分析器50公斤的义务载荷。

　　别的，正在中国第26次南极观察中，低空航行机械人正在南极开展了观察试验，考证了其体系的可靠性。此次观察时代，课题组成员正在南极利用低空航行机械人“雪雁”开展了大范围海冰观察实验。“雪雁”航行机械人翼展3.2米，最大腾飞重量约24公斤，有效载荷8公斤，续航时候4小时，合适正在冰雪面开展起降。它搭载传感器设备正在南极中山站邻近40公里海疆内累计自立航行39个架次，获得了清楚的海冰形态图象和正确的海冰观察数据，为极地海冰研讨供应了主要数据。

　　“低空飞翔的机械人和冰雪面机械人相互配合，必不可少，成为冰架观察的完美‘拍档’。取大型飞机不一样，低空飞翔机械人飞翔高度低，正在几十米到100米高度的上空都能举行精密航拍。它犹如战场上的侦察兵，能够详细领会冰架团体情形。依据低空飞翔机械人所收集的材料，能够对冰雪面机械人的流动计划、途径举行科学的计划支配。空中机械人能够搭载雷达、光学仪器等干观察。”秦为稼说。

　　据了解，目前我国已在南极进行了5次南极考查机器人试验。

　　机器人将来或可深潜冰海

　　当说起将来极地机械人将在我国极地科考中施展的作用时，秦为稼透露表现，越来越多的极地科学家认识到，机械人在极地科学观察中有没法替换的作用。一旦冰架轮廓观察完成后，便可去观察水下。

　　秦为稼举例说，如埃默里冰架为狭长的喇叭口外形，外沿深度唯一四五百米深，而往里却有1000多米深，好像一个瓶子，大头正在里面，小头正在表面。别的，南向陆坡显现更大的倾斜角，以致冰架水腔处正在海平面以下近3000米的位置，水腔后端的水体取大洋交流不顺畅，构成半关闭的状况，还为突发事件供应了大概的自然条件。“漆黑的冰下极度环境是不是显现一个全新的天下，孕育着完整差别的性命物种和生态系统？这都需求我们往探索，而假如只靠传统办法根本行不通。

　　秦为稼有个勇敢的假定，未来研制出水下极地机器人，可将它从普里兹湾放入海中，依赖最进步前辈的水下定位导航技能和最进步前辈的通讯技能，使其进入到埃默里冰架最深处，完成发觉和监测这两大命题，往探寻未知物种，举行水下拍照、摄像，乃至还也许具有“蛟龙”号般的机械手，能够抓取样品。另一方面，还可举行物理学的观察，例如冰架里外的水是若何互换的，海流的流场情况若何，温度和盐度又是如何等等。

　　秦为稼报告记者，极地科学有赖于自然科学取高新技术的并进取融会，他们将力图获得具有突破性、立异性的功效，这一切起劲还仅仅是最先。

　　关键技术自立研发仍待打破

　　秦为稼说，综观国内外极地机器人研讨近况，我国已与该行业的天下强国处于统一程度，正在部份极地机器人设备及应用研讨层面已走正在天下前线。但他还坦言，无论是对新事物的立场照旧关键技术的开辟，我国正在极地机器人的研讨层面皆存正在很大提拔空间。

　　“当我们刚开始研讨极地机械人时，美国第一流其余工程学杂志就敏锐地发觉到了，并向我们约稿，可见他们关于立异高新科技的立场。作为而今的课题负责人，我领会特殊深的是，海内新技术的研发环境还不管是特殊抱负，我们不克不及老是疑心新事物、反而是要鼓动勉励新的探索和研发。”秦为稼说。

　　由手艺角度讲，极地机器人还属于手艺集成规模，即把现成的组件拿在一同开展组合集成。秦为稼说：“如我们利用苹果手机打电话时，为了省电，安装了间隔传感器，接近人脸即可主动黑屏。取苹果手机里的间隔传感器之类的高等元器件雷同，极地机器人上游的一些高等元器件和手艺，我们全是依靠进口。但国际上最高手艺水平的产物是不太可能对外贩卖的。而这一些也是我们急需打破的瓶颈。”