大数据文摘出品
来历：IEEE
编译：楚阳、邢畅、李雷
周围是湛蓝的一片，不远处，两名宇航员正操练太空行走，在这个静寂的空间里，只要呼吸声和耳机里偶然来自指挥部的指令才会打破这缄默沉静。
别误会，这可不是太空，而是在休斯顿一个巨大的水池里，美国国家航空航天局（NASA）用它来操练宇航员习惯失重环境。
和宇航员一同在水中漂浮的还有一个巨大的橙色的机器人——Aquanaut。
它像一艘微潜艇相同平稳的络绎于水中。开端的时分，它和其他无人水下飞行器并没有什么不同，都靠传感器搜集数据，借助推器行进。然后，画风骤变，Aquanaut就像变形金刚相同，背部拱起，显露两只臂膀，很拽地扭动着满是传感器的脑袋，不一会儿，变身完结，海底变形金刚Aquanaut就正式上线啦！
个中天地
Aquanqut相较于其他无人水下飞行器中是很特别的。在履行远距离巡航使命时，它可所以一只灵敏的鱼雷式潜艇，在履行杂乱的水下作业时，它又能够变身为一个半人形的机器人。其变身进程如下：
1.Aquanaut以流线型潜艇形状驶向作业地址；
2.抵达作业地址后，它的背部船体能够升起，显露两只手臂和楔形的头部；
3.带着立体摄像头、3D传感器和声呐体系的头部旋转到位；
4.打开两只大手臂，上面安装有压力传感器和爪形夹钳。
插图来历: Houston Mechatronics
Aquanaut打造完结现已经过了无数次的规划、批改，为了能够大幅度地改动形状，Aquanaut装备了四个定制的线性履行器，能够将身体的上下两部分分隔。额定的特制电机安装在防水外壳中，用以驱动手臂和头部。在动力方面，Aquanaut运用的锂离子电池与电动汽车所用的相似。现在，完好的变形只需求30秒。但是，在真实下海之前，Aquanaut需求在更苛刻的条件下证明自己的实力，因而，它被送到了NASA的洪流池中。
最大深度12米，具有2350万升水的NASA中性浮力实验室（NBL），大到简直能够包容整个世界空间站。航天员们在NBL中操练太空行走，抵达在地球上最接近失重的状况。从3月下旬的一个早晨起，NBL将泳池的北端划给Aquanaut以测验其功用。
Photo: Ken Kiefer 拍摄：Ken Kiefer
图: HMI把Aquanaut带到世界上最大的室内水池，在受控条件下对其进行测验。NASA的中性浮力实验室，用于协助宇航员习惯零重力环境，它大到简直能够包容整个世界空间站。
水下变形金刚：Aquanaut的用处
休斯顿机电一体化公司（HMI）是个草创企业，这儿的工程师们想彻底改动水下飞行器的现状，而Aquanaut将成为一个里程碑。传统的UUV大致分为两种：可履行长途勘探使命的鱼雷式水下飞行器；可完结水下操作的无人长途操控水下飞行器，这类飞行器一般需求其他船舶辅佐监督或操控。HMI创造性地将两者结合为一体，虽然常常恶作剧说要打造一个变形金刚，但HMI的工程师们对Aquanaut却十分有决心。
Video: Evan Ackerman/IEEE Spectrum
海上油气开发公司大都需求树立一个海上渠道，人们从这个渠道外表开端进行水下钻井作业。虽然咱们看到的只要海面渠道部分，但很多的高端设备实践存在于海面之下。
为了履行日常的钻井口保护，或许调整天然气的运送量，就需求滚动坐落水下300米的钻井阀门，这靠潜水员是无法做到的，仅有的办法便是水下机器人。
海底的钻井口运用特制的井盖，用以操控将天然气运送到海面。整个结构还包含管道、阀门、气体歧管和丈量仪器，如此杂乱，以至于人们称之为“圣诞树”。有些“圣诞树”甚至有四层楼那么深。
插图来历：James Provost
Aquanaut的首要功用是保护海底的石油和天然气设备，运营这些设备的公司一般要花费很多的资金来保护它们。由于水下极点的作业环境，修理人员只能依托机器人，但数十年来水下机器人技能并没有实质性的改变。但是，对HMI来说，这并不是问题，它的75名职工里有超越24名曾上任于NASA，处理极点环境正是他们所拿手的。
Aquanaut在潜艇形式下能够检测深海底的油气设备，在人形形式下能够手持特制东西滚动阀门来操控天然气的运送。开发人员将大部分初级决议计划交给其强壮的机载电脑，电脑运行在机器人操作体系(ROS)上，这是一个用于研讨和商业机器人的软件渠道。使用头部的传感器套件，包含立体摄像机、结构光传感器和声纳体系，机器人能够对周围环境进行具体的3D烘托。与将整个3D地图发送给操作人员不同，Aquanaut传输的仅仅十分小且高度紧缩的部分，然后操作人员能够将其与Aquanaut正在查看地势的现有模型进行匹配。最终发送简略的指令，比方“将这些坐标的阀门顺时针方向旋转90度”，机器人会自主决议怎么捉住阀门，以及施加多大的力，当使命完结时，它会发回承认信息。操作人员仍在指挥机器人的动作，但不需求手动操作机器人，也不需求高带宽的实时视频运送。
在曩昔，想要操控这种深水阀门，就必须遥控无人潜水器（ROV）抵达指定方位。但是，仅仅是ROV还不行，还需求差遣一只操练有素的技能人员部队搭船对ROV进行操控，由于ROV自身的主动化程度不高且受制于长途操控。这个进程是十分烧钱的，每天会花费数万到数十万美元不等。
那么Aquanaut和传统的ROV有什么不同呢？
Aquanaut与ROV
比较于传统的ROV，Aquanaut的首要优势在于其操作不受约束，但HMI还须处理几个关键问题才干完结这一功用。第一个问题是在没有大型支撑船舶的情况下将机器人送到离岸作业地址。Aquanaut能够布置在相对较小的船舶上，能够从直升机上下降，也能够在潜艇形式下主动行进200多公里。一旦抵达指定地址，就能转换成ROV形式，额定的推进器折叠起来隐藏进船体，使其更具可操作性。
传统的ROV有多个实时摄像头，操作人员能够用操作杆实时操作。在没有通讯电缆的情况下，与Aquanaut通讯的仅有方法是经过声波调制解调器。但这种老练的技能在水下的运用范围只要几十公里，而且价值是高推迟和极低带宽，最多每秒几kb。HMI计划依托小型无人水面舰艇作为机器人和通讯卫星之间的中继，削减人的参加，然后能够在世界任何地方操控Aquanaut。但是，这些约束使得直接的人为操控变得不切实践，所以Aquanaut需求尽可能自己完结使命。
技能人员只会监督而并不直接操控Aquanaut履行使命。使命完结，它就主动归位。Radford说，这种作业方法不只使Aquanaut的装备比ROV更快捷，而且本钱也会削减近一半。Aquanaut不需求其他辅佐船舶。它能够在潜水艇形式下游到深水钻井旁的指定方位，然后打开双臂切换到人形形式。每一只臂膀都装有力矩传感器而且能够向八个方向移动，就像人的臂膀相同，臂膀结尾的“爪子”不只能够滚动深水井的阀门，还能够从它的“内脏”取出保护东西进行保护作业。
商用价值
据海底技能专家，现任华盛顿哥伦比亚特区ROV，海上技能协会主席的Chuck Richards所说，曩昔几年，石油贱价形成石油公司的赢利下滑，竞赛剧烈，这使得它们不得不选用新的技能。Richards坐落休斯顿的公司，向包含HMI在内的数十家从事海洋事务的公司供给新设备。这意味着，虽然这些公司对Aquanaut这样的科技新秀依然持谨慎态度，但一起它们也期待着这些机器人能够大展身手。
Richards谈到，自1970年商用ROV，其优势不断闪现，虽然一开端这一技能并非熟练，但却十分受海洋油气业的欢迎。他说：“石油公司很耐心肠等候ROV技能的老练，而且给予了很大的协助，因而，有理由以为这些愈加主动化的水下飞行器也会遭到相同的欢迎。”
拍摄：Evan Ackerman。图：（上）HMI的工程师在查看Aquanaut的头部（首要的传感器都装在头部），为下水做准备。（下）传统的无人水下飞行器需求技能人员操控它的传感和核算体系，以完结主动操作，它能够在技能人员的监督下履行使命而不需求人的直接操控。
未来路途遥远
HMI的联合创始人兼首席技能官Nic Radford，曾在NASA的休斯顿约翰逊航天中心作业了14年，主攻前沿机器人项目。他表明：“飞入太空比潜入海底要难，但太空很安静，而海底却极端动乱。海底机器人的作业难度到底是太空机器人的10倍仍是50倍，这个还真不好说。”
休斯顿大学机械工程学教授、世界海底工程研讨所所长Matthew A. Franchek表明，Aquanaut的低带宽衔接和操作人员间歇性参加决议计划，可能会带来更大的犯错危险。他说：“不确定性是存在的，我忧虑在操作进程中呈现毛病，这可能会带来经济损失和对环境方面的损坏。虽然这项技能令人兴奋，他们还需求证明其可行性。”
相关报导：
https://spectrum.ieee.org/robotics/humanoids/meet-aquanaut-the-underwater-transformer
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