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一场水下机器人的对决

2020-09-19 08:14来源: 大连晚报

  本报讯 在人工智能改变生活、改变世界的时代,操作水下机器人实现水下精准捕捞成为发展的必然趋势。9月18日,一场水下机器人人工智能的巅峰对决在金石滩拉开帷幕。这是一场代表国内水下机器人敏捷性最高水平,也是国际上唯一真实近海环境下的水下机器人竞技高端赛事。这就是2020年全国水下机器人大赛(大连)暨“人工智能与水下机器人高峰论坛。

  在比赛现场,“蓝鲨”“赤甲红”“海狮”“海星”“章鱼”……纷纷下海,一边要躲避海浪造成的设备不稳定,一边要防备螺旋桨扬起的沙石,各队各显神通,随着机器手臂的一次次摆动,被发现的扇贝、海参、海胆等海珍品真的是一个都跑不掉。

  记者从大赛组委会获悉,本次的赛事场地接近真实海珍品捕捞场景。资格赛、决赛均在开放海域进行,使用活体海珍品扇贝、海胆、海参进行捕捞更加贴近实际作业,在技术挑战性上更接近真实海域水下复杂情况。

  水下机器人工作环境是真实近海水域,水下状况多变,增加了对于精准操控、精准识别、精准抓取的难度,对机器人的技术要求提出了更高的挑战,本次赛事要求参赛机器人满足仿真、智能控制、水下目标探测与识别、水下定位、通信、识别、能源系统等全方位技术指标。对机器人技术设计、测试、集成、推广提出很高的要求。组委会在比赛评价中设置更多内容和细化指标(如智能识别、智能抓捕、智能控制、智能返航等),增加了浓缩现场视频和技术答辩的环节,更加保障了比赛结果的准确性。赛事并以此为突破口,最终达到提升水下敏捷机器人识别、抓捕性能的持续改善与升级的目的。

  全国水下机器人大赛(原水下机器人目标抓取大赛)自2017年起已在我市成功举办三届,作为国际上唯一的真实近海环境下水下机器人竞技高端赛事,将科研成果同海洋牧场产业有机结合,开启了我国人工智能领域的一次创新应用。

  大赛邀请了数名院士及数十名国内外高水平专家学者担任大赛指导与裁判,集合了全国重点高校、科研机构及核心企业的全部顶尖参赛团队,代表了中国在水下机器人研究领域最高规格与技术水平。同时由国家自然科学基金委对该方向研究持续资助,成为引领国内智能水下自主作业、水下敏捷作业、检测和修复等核心科学问题、关键技术和前沿方向的高端引领性赛事。

  目前已经形成了水下机器人的南北双赛,湛江的南方赛以无缆自主式水下机器人巡航探测为主,大连的北方赛以远程控制水下机器人智能作业为主,双赛相辅相成,各有侧重。

  据悉,本次活动为期4天,由国家自然科学基金委员会、大连市人民政府、鹏城实验室共同主办,大连市科技局、大连理工大学、大连金普新区管委会、大连金石滩国家旅游度假区管委会承办。本次大赛有20支团队参加线下现场的人机协同抓取组和自主抓取组的比赛,还有400余支队伍和个人报名参加线上的目标识别组比赛。

  比赛现场

  选手声音·大连理工大学赤甲红队

  我们的设备在水下就像鱼一样灵活

  “我们今年就是奔着冠军来的。”在昨天水下机器人大赛的决赛现场,来自大连理工大学赤甲红队的队员,微电子学院大三学生翟星辰信心满满地对记者说。据悉,已经连续3年参加此项比赛的赤甲红队,积累了丰富的经验,今年在又一次改进技术的基础上,他们携带最新一代设备向冠军出发了。

  在场地上摆放着一大一小两个设备,翟星辰说,大的设备是在去年的设备基础上提升的,主要参与自主抓取比赛,小的设备是今年重新做的最新一代“赤甲红”,参加人机协同比赛。“我们的新赤甲红突出了敏捷性和实用性,在水下可实现很多功能。相比之前的抓取设备,只能直前直后直上直下,转弯比较费力。而今年的设备不仅在各方向都可以快速移动,还实现了平推、俯仰、斜角、翻转等功能。怎么说呢,我们的设备在水下就像一条鱼一样灵活,任何方向的机能都能实现。这就是我们想要夺冠的信心所在。”“赤甲红”在水下快速移动,抓取、翻转,快速将海珍品装入筐中。他们的研究成果与实际应用密切配合,后期将实现智能水下机器人辅助配合人工捕捞,提高海洋牧场的综合采捕效率。

  据悉,大连理工大学赤甲红队,隶属于大连理工大学-獐子岛集团水下机器人联合实验室。实验室成立于2017年,主要承担水下机器人的设计与制作,水下成像以及水下目标识别,水下机器人自主作业等研究。此次来自理工大学微电子学院、软件学院、国际学院等12个人组成两支队伍分别参加两项比赛。

  选手声音·南京信息工程大学水游侠队

  机械手+毛刷

  让抓取变得更容易

  机械手在机械臂的牵引下接近目标,抓取海产品后送到舱门附近,一组转动的毛刷轻松将海鲜卷进舱里。一个独特的“毛刷”设计,让整个抓取变得简单了很多。

  在昨天比赛现场,南信大自动化学院研二研究生马金虎和3名队友在岸边忙碌地为“水游侠”机器人进行调试。“这是我们第二次参赛。”马金虎介绍,去年团队进入决赛,但没有拿到名次。一年来,团队为参赛作品进行了创新型的设计,并进行算法升级,能够更为准确地实现定深、定航的功能。“以前我们参赛时,机器人抓到了扇贝、海胆等,但是必须精准传送,才能将抓取物送到收集筐内。稍微偏一点,就没法收集了。但这次的操作,我们加了‘毛刷’功能,只要抓到扇贝,送到毛刷附近,两个毛刷就会自动将扇贝卷进筐内。真实水域的水下能见度低,扩大了范围,操作就相对容易一些了。

  据悉,“水游侠”设有上下两个控制舱,提高了其在恶劣水下作业时整体的平衡性。机器人在驱动方面采用了6个推进器,准确地实现机器人地六自由度移动功能。装配的三对驱动电机给予机器人足够的动力去进行深水探测,设计上预留了电池接口和远程供电接口,从而可以根据实际情况选择供电方式,保证能源供应。

  选手声音·西北工业大学蓝鲨队

  风浪、沙石、海底能见度

  给航行器造成很大干扰

  “这次来比赛,是我们第一次在真实海域进行操作,也是我第一次看到大海。”来自西北工业大学“蓝鲨队”的队长张振颇有些无奈地告诉记者,“以往实验室里得到的一些数据,在真实海域里还是有一定区别的。”采访时,他们团队正在海边测试调整“蓝鲨”,为下午的决赛做准备。

  这支团队来自西北工业大学海洋无人智能感知实验室,今年是第一次参赛。而他们的设备有两大特点,一是外部加载了5自由度的机械臂可以实现水下物体的抓取,且机械臂采用主从式控制可以实现人与机械臂的交互,从而使得控制和抓取更加精准。二是相比往常设备的供电,续航时间更长,作业时间更久,稳定性比较可靠。

  但实验室的操作在真实水域差别较大,张振说:“在实验室,没有那么大的风浪,能见度也更高,我们操作航行器,可以说一抓一个准。但是在开放海域,操作起来比想象难得多。风浪,沙石,还有海底的能见度都给航行器造成了很大的干扰。考验操作手如何稳定航行器,让它高效运行起来,这是比较难的问题。经过真实海域的操作,我们准备回去对‘蓝鲨’进行进一步的改进,加一个多普勒的测速仪,测量水的流速,加入到控制之中,以抵消水流对机器人产生的影响,让它在水下更加稳定。此外,要采用更加清晰的摄像头,增加光源或搭载声呐设备,让它在水下看得更远。”

  专家点评

  大连海事大学教授付先平

  水下机器人目标抓取的难度较大,涉及机器视觉、控制科学、流体力学、机械设计及制造等多个领域,需要多个单位参加攻克核心关键科学问题。全国水下机器人大赛已经进行到第4年,凝聚了更广泛的科学力量投入到水下捕捞机器人的设计和开发过程中,对该领域的核心问题的解决有重大推进作用。例如,养殖海洋环境的海底有沙底、水草、礁石等不同情况,抓取目标包括海参、扇贝、海胆、鲍鱼等不同目标,对水下机器人的实际作业带来了极大挑战,需要针对不同的海洋环境设计不同类型的水下捕捞机器人,并进行大规模的实验验证,这些都需要更多的科学研究人员参与,才能完成这个复杂工程。

  大连理工大学校长助理罗钟铉:

  科技赛事推动领域的发展,我看到每届比赛都能带来技术上非常明显的变化。特别是今年,几支代表队在智能方面带来了很大改进。首先是机器的结构,其次是智能方面水下的自我感知。一直以来我们希望制造出水下敏捷机器人,像无人机一样,非常灵活,可以自主判断自主识别,达到智能化,将来可以替代人工在恶劣环境下进行作业。从目前来看,技术水平完全支撑查看水下养殖情况等。但对特殊目的作业能力还有所欠缺。而这些难点正是人工智能在海洋的落地。

  水下机器人大赛在大连已连续举办4届了,我们还会继续该赛事,希望这项赛事能成为大连科技品牌的盛世。在大赛与当地产业的结合方面,我认为目前技术储备已经到一定阶段,理工大学一直在推动尽快创造良好的产业生态环境。

  本版文字除署名外由大连新闻传媒集团记者 卢真珍 采写

  图由大连新闻传媒集团记者 高强 提供

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