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水下机器人将人类的视觉和触觉连接到深海

2022-07-23    阅读量:30226    新闻来源:互联网     |  投稿

本月,当水下机器人OceanOneK小心地驶向沉没的意大利蒸汽船Le Francesco Crispi的上层甲板栏杆时,距离地中海表面约500米(约三分之一英里),斯坦福大学机器人学家Oussama Khatib感觉自己就在那里。

OceanOneK有一个人形上半部和一个更细的后半部,有八个多向推进器,可以在水下小心操纵。机器人的触觉鈥攐r基于触摸鈥?反馈系统和立体视觉产生了难以置信的真实感,与他在控制船上的感受相当,如果他在下面,而不是上面。透过OceanOneK机器人的眼睛和手的感觉,哈提卜感受到了生命的万花筒鈥攑墨水、绿色和生锈的橙色鈥攍在船上和周围。他感觉到了水的阻力,能够辨别出周围历史遗迹的形状和距离。

哈提卜是工程学院的潍柴教授,也是斯坦福大学机器人实验室的主任。他说:“你正在离这座令人惊叹的建筑非常近,当你触摸它时,会发生一些不可思议的事情:你真的感觉到了。我一生中从未经历过这样的事情。我可以说我是在500米处触摸Crispi的人。我确实做到了鈥擨 触摸它,我感觉到了。"

OceanOneK到这些深度的任务有两个目的:探索以前没有人去过的地方,并向人们展示,人类的触摸、视觉和互动可以被带到这些远离人们可以操作的地方。

虽然OceanOneK在两次多站环绕地中海的旅行中有许多值得注意的冒险和成功,但团队压倒一切的成就鈥攚其中包括法国文化部(DRASSM)前水下考古学研究主任米歇尔·霍尔(Michel L'Hour)、蒙彼利埃大学LIRMM的文森特·克鲁兹(Vincent Creuze)、DRASSM的丹尼斯·德格兹(Denis Degez)和弗朗卡·西贝奇尼(Franca Cibecchini)以及该船的船员鈥攚在近1000米深处展示了功能自主性。正是这一进步使OceanOne更名为OceanOneK。

哈提卜说:“这是机器人首次能够深入到这样的深度,与环境互动,并允许人类操作员感受到环境。”。“这是一段难以置信的旅程。”

第一次深度潜水

2月份的Crispi潜水是OceanOneK地中海多站巡游的一部分,该巡游于2021 9月开始,在马赛附近有两站,分别是一架40米(约130英尺)的二战P-38闪电飞机和一艘名为Le Prot的潜艇茅e、 在124米(约400英尺)处。第三次是在阿尔卑斯山建造一艘公元二世纪的罗马船茅ria,科西嘉岛,海拔334米(近1100英尺),接下来是Crispi。

寻找合适的天气,然后敦促团队前往戛纳。在那里,机器人的吊杆摄像机首次用于在67米深(200多英尺)的Beechcraft Baron F-GDPV飞机的驾驶舱内观看。最后一次跳水是852米鈥攐往下走半英里鈥攚在这里,在暂停检查推进器时,团队令人担忧地发现,机器人无法上升。OceanOneK功能完全正常,但连接到平台上部的通信和电力线周围的漂浮物已经坍塌,留下一条又长又重的线堆积在机器人顶部。在放松的情况下,他们得以继续潜水。

作为纪念标志,OceanOneK在海底放置了一块铭牌,上面写着:

机器人首次触碰深海海底人类探索的广阔新世界

OceanOne公司鈥?二

OceanOneK robot对1公里标志的探险一直在进行中。它开始于无数个小时的设计、实验和在实验室与其他团队成员的组装,几十次前往斯坦福水池进行调试,以及在面对现实世界的不可预测性之前要吸取的无数教训。

OceanOne是OceanOneK的前身,它的建造目的是使机器人的深度最大达到200米左右。为了使机器人更深,研究人员用玻璃微球制成的特殊泡沫对其身体进行了调整,这种泡沫可以提供浮力,同时能够承受1公里深处的巨大压力鈥攑压力超过海平面经验的100倍。此外,机器人的手臂充满了油和弹簧机制,压缩油以匹配外部压力,防止崩溃和缓冲电子设备。研究人员还更新了整个OceanOne的许多微小部件,以尽量减少单个部件中的可压缩空气量,并使机器人尽可能紧凑。

OceanOneK的特点是增加了手臂和头部运动的多功能性,以及两种新型的手鈥攐ne由斯坦福大学的马克·卡特科斯基实验室开发,另一个由比萨大学和意大利理工学院的安东尼奥·比奇教授开发。

准备应付麻烦

在过去的几年里,斯坦福大学埃弗里娱乐池的游泳运动员可能看到OceanOneK在研究人员尝试不同的动作和实验工具时下潜。这些工具包括携带物品的盒子和安装在吊杆上的摄像机,可以让他们看到狭窄和无法进入的空间鈥攕机器人无法行走的地方。

同样是斯坦福机器人实验室的研究生的阿德里安·皮德拉(AdrianPiedra)说:“在新冠肺炎期间,这是数月的测试,每周两次。”他们反复讨论问题,直到一切顺利鈥攖哎哟,控制,视觉鈥攚工作顺利。

这样的准备在很多方面都取得了成效,尤其是当团队在第一次探险中需要修复OceanOneK的残疾手臂时。哈提卜说:“这需要在夜间、大风和暴风雨期间,在船的甲板上将机器人打开成碎片。”。“我们英勇的学生鈥擜德里安·皮德拉和卫斯理·郭鈥攚在不停地修理机器人之前。据哈提卜说,他们的坚持、决心和最终的成功让船上的每个人都感到震惊。

斯坦福大学机器人实验室的研究生薄金说:“机器人有如此多的功能和如此多的相互关联的组件,如果有一个部件损坏,我们可能需要一整天的时间来拆卸、修理和重新组装。”他与OceanOne一起旅行,并在OceanOneK的校园里进行合作。“一切都必须融合在一起,同时努力,才能取得成功的探险,这确实是一个挑战。”

七月探险队

今年夏天,这支队伍在第一次造访时遇到了一些困难之后,第二次有机会潜入罗马船和Crispi。当他们第一次与罗马船互动时,团队已经尝试了鈥攂ut失败鈥攖o从船上取回油灯。在2月份的Crispi上,臂上的一个故障阻止了吊杆摄像机的使用。对于7月份的跳水,所有的系统都在运行。

OceanOneK再次潜入罗马船,这一次是在考古队考古学家的指导下,成功地找到了一些珍贵的古花瓶,可以追溯到罗马帝国,其中包括一些以前在DRASSM的收藏中没有看到的。这些是特殊的发现,因为它们仍然带有制造商的名称和标签,体现了仔细的超深工件恢复的好处。

在第二次潜入Crispi号时,哈提卜将吊杆摄像机伸入破裂的船体,小心不要触及破裂边缘。该团队的海洋生物学家在他的指导下,急切地看着外部珊瑚被内部珊瑚所取代鈥攊环状锈层鈥攚这表明了大约80年来细菌与船上的铁相互作用的影响。

回顾过去,展望未来

皮德拉说,事后来看,他已经开始看到更大的图景,他们克服了多大的挑战,完成了多大的工作。

他说:“我们一路去法国探险,在那里,有一个更大的团队,来自各种背景,你会意识到你在斯坦福研究的机器人实际上是更大的东西的一部分。”。“你会感觉到这有多么重要,潜水将有多么新颖和意义,以及这对科学整体意味着什么。”

OceanOne项目不仅体现了触觉、水下机器人和人机交互方面的先进创新,还为海洋科学和水下工程活动带来了新的机遇,例如检查和维修船只和基础设施,包括桥墩和水下管道。

其他探险计划在世界各地的不同地点进行,包括埋在深湖中的失落城市、珊瑚礁,以及在人类无法到达的深处发生的具有考古学意义的沉船,OceanOneK为了解过去提供了一个独特的机会。

哈提卜说:“在将人类的技能、直觉和经验与任务联系起来的同时,从身体上远离危险和无法到达的空间,有望从根本上改变远程工作。”。“机器人化身将搜索和获取材料,建立基础设施,并执行灾难预防和恢复操作鈥攂e它深入海洋和矿井、山顶或太空。"

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