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   在我國剛剛結(jié)束的第24次南極科學(xué)考察活動中，出現(xiàn)了兩位特殊“考察隊員”的身影——“冰雪面移動機(jī)器人”和“低空飛行機(jī)器人”。這是我國在南極考察事業(yè)中首次運(yùn)用智能機(jī)器人。為什么引進(jìn)這兩位特殊的“考察隊員”？“考察隊員”做了哪些考察？特殊成員的引進(jìn)能為極地考察帶來了什么？中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機(jī)器人學(xué)國家重點實驗室副主任韓建達(dá)研究員對此給出了答案。 

為何引進(jìn)特殊“考察隊員”？ 

　　“開展極地考察，首先面對的挑戰(zhàn)是如何將考察物資、科考設(shè)備和重型裝備通過破冰船安全運(yùn)輸至南極大陸中山站，再由重型雪地車隊將內(nèi)陸物資運(yùn)輸一千多公里至冰蓋頂峰冰穹A點?！表n建達(dá)介紹，由于南極大陸被海冰緊緊包圍起來，破冰船“雪龍?zhí)枴币矁H具備連續(xù)破除冰層厚度1.2米的能力。通常，破冰船無法直接到達(dá)南極大陸，因此只能采取海冰卸貨運(yùn)輸?shù)姆绞?。而在國際上，破冰船被困冰區(qū)，雪地車掉進(jìn)冰縫，特別是直接造成人員傷亡的事故屢屢見諸報道。 

　　開展極地考察面臨的第二個問題是如何安全穿越冰裂隙區(qū)。目前普遍采用的方法是在重型車隊之前，考察隊員依靠經(jīng)驗，在可能出現(xiàn)危險區(qū)域進(jìn)行實地探察，親身鉆孔量測，而這存在很大風(fēng)險。 

　　眾所周知，極區(qū)環(huán)境惡劣，海冰潮汐縫、冰蓋裂隙、高寒低氧、極端天氣等，隨時都可能威脅科考隊員的生命；極區(qū)環(huán)境復(fù)雜，是冰蓋、冰架、海冰、露巖、海洋、大氣、極晝、極夜等交織在一起的原始環(huán)境系統(tǒng)，科考作業(yè)具有高成本、高危險性和地域局限性；極地是科學(xué)觀測極度稀缺地區(qū)，技術(shù)裝備手段匱乏；在南極1400萬平方公里冰蓋表面，人類涉足的區(qū)域只占極小的一部分。為此，更深層次的極地科學(xué)研究需要以高新技術(shù)為依托的觀測能力和數(shù)據(jù)獲取手段。 

　　隨著極地科考規(guī)模的發(fā)展和目標(biāo)的提升，如何實現(xiàn)在海冰上的安全卸貨運(yùn)輸，如何安全穿越冰蓋裂隙區(qū)，如何在更寬廣的時間、空間領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效率的科學(xué)考察，已經(jīng)成為迫切需要解決的技術(shù)難題。而極地探測機(jī)器人作為人的“代理”，成為解決這一技術(shù)難題的一種思路。 

　　“考察隊員”能干啥？ 

　　“極地探測機(jī)器人是一個延伸了科學(xué)家的眼睛、腿腳、手臂的探測儀器?！表n建達(dá)研究員開門見山，“在極地冰雪面、水下、空中等領(lǐng)域進(jìn)行漫游，集成科學(xué)探測儀器，代替科學(xué)家在極地區(qū)域惡劣的環(huán)境下工作（移動、觀測、探測、采樣、分析等），能夠被科學(xué)家得心應(yīng)手、隨心所欲地操作，是一種極地科考的高技術(shù)裝備?！?nbsp;

　　在本次科學(xué)考察活動中，韓建達(dá)博士和另外3名成員以距中山站約5公里的“內(nèi)陸隊出發(fā)地”為基地開展了試驗。因為在地處冰蓋邊緣，可以找到大多數(shù)的南極典型冰雪面地形，機(jī)器人可以充分地開展試驗。 

　　“冰雪面移動機(jī)器人”相當(dāng)于一個陸上探路員 

　　體重達(dá)300公斤的“冰雪面移動機(jī)器人”，外形看上去像一架帶有升降桅桿的坦克，可自主跨越冰裂縫，翻越雪坡和雪丘，最大作業(yè)半徑為25公里。它還是一位“大力士”，身上可搭載40公斤的重量，同時還可以拖曳100公斤的重量。南極之旅中，它搭載一個高精度的差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）和一套常規(guī)氣象觀測站，進(jìn)行科學(xué)考察。 

　　“‘冰雪面移動機(jī)器人’就相當(dāng)于一個陸上探路員，它能夠開展海冰卸貨運(yùn)輸路線探察、冰蓋裂隙密集區(qū)前置探路、極端惡劣條件下科學(xué)考察等工作?！表n建達(dá)研究員用了一個簡單的比喻。

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　　“低空飛行機(jī)器人”則充當(dāng)了空中探路員的角色 

　　而看上去像一架小型飛機(jī)的“低空飛行機(jī)器人”則充當(dāng)了空中探路員的角色。它體態(tài)輕盈，約有20公斤，力氣也較小，只能搭載約5公斤的有效載荷。此次赴南極考察，這位“小蜻蜓”除考驗自身素質(zhì)外，還攜帶了一臺觀測海冰溫度的紅外輻射計和一架航拍照相機(jī)，用以開展海冰厚度觀測等工作。 

　　“使用機(jī)器人，能夠降低極地科考的風(fēng)險與成本，提高效率、覆蓋范圍與可達(dá)區(qū)域。能夠?qū)O區(qū)頻發(fā)的時空小尺度天氣系統(tǒng)以及海冰潮汐縫、冰蓋裂隙、冰雪低溫等提供一定的預(yù)測。”韓建達(dá)研究員同時表示，將我國機(jī)器人用于極地科考，開創(chuàng)了一個新的研究方向，能夠為形成系列化、多功能化科考機(jī)器人奠定基礎(chǔ)；而對于極地科考，它將提供一種智能化的高技術(shù)裝備，為我國早日成為極地科考的強(qiáng)國奠定基礎(chǔ)。 

　　“考察隊員”干得咋樣？ 

　　韓建達(dá)告訴記者，這是中國機(jī)器人首次登陸南極開展實地實驗研究，這次實驗的主要目的，是檢驗機(jī)器人自身的性能，同時驗證兩種類型機(jī)器人輔助科考的可行性，也就是對這兩名“考察隊員”進(jìn)行一次“身體素質(zhì)”檢查。“冰雪面移動機(jī)器人”主要進(jìn)行了極地冰雪面上的機(jī)動、通過能力實驗；對極地氣候條件的適應(yīng)能力實驗；自主導(dǎo)航方法初步實驗；任務(wù)載荷集成實驗，以及模擬冰川移動測量實驗。 

　　而“低空飛行機(jī)器人”也進(jìn)行了三個階段的檢查：首先，進(jìn)行調(diào)試飛行器系統(tǒng)在實際極地環(huán)境中的使用狀況，以及適應(yīng)飛行環(huán)境的實驗。其次，進(jìn)行較遠(yuǎn)距離航跡自主跟蹤飛行實驗。第三，搭載皮溫測量裝置，按照選定的最優(yōu)航線，進(jìn)行實際測試圖像照片和皮溫測量設(shè)備的時間同步性能，以及數(shù)據(jù)的可用性實驗。 

　　“考察隊員”何時實現(xiàn)應(yīng)用？ 

　　極地蘊(yùn)藏著巨大的科學(xué)資源。以南極為例，其面積約1400萬平方公里，是中國陸地面積的1.45倍；南極冰雪儲量占全球總儲量的90%%，是全球淡水總儲量的80%%，對全球氣候變化具有重要影響；南極地區(qū)的礦產(chǎn)資源也極為豐富，煤炭、石油、天然氣、鐵礦等等都是南極富有的資源，對全球能源安全具有重要意義。對極地區(qū)域進(jìn)行高效率、大范圍的科學(xué)考察，被列為各大國首要的科學(xué)工程之一。中國作為一個崛起中的強(qiáng)國，在極地科考中發(fā)揮與其經(jīng)濟(jì)地位相稱的作用，是中國應(yīng)盡的責(zé)任與義務(wù)。為此，中國已經(jīng)將極地科考列為中長期持續(xù)開展的重大科學(xué)工程之一。 

　　在初試成功后，我國極地機(jī)器人何時能實現(xiàn)實際應(yīng)用？“總體上講，在整個國際范圍內(nèi)，極地機(jī)器人目前仍處于探索和實驗階段，尚未實現(xiàn)實際應(yīng)用?！表n建達(dá)研究員介紹，2006年以前，我國極地探測機(jī)器人是空白。 

　　“對于機(jī)器人技術(shù)而言，極地還是個嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，還有諸多技術(shù)難題有待深入研究，包括面向長時間運(yùn)行的能源產(chǎn)生技術(shù)、混合驅(qū)動技術(shù)，面向長距離運(yùn)行的自主定位、導(dǎo)航、環(huán)境適應(yīng)、行為產(chǎn)生技術(shù)，面向冬季嚴(yán)寒運(yùn)行的溫度控制技術(shù)，惡劣氣候條件如風(fēng)暴、降風(fēng)吹雪等情況下的自主生存技術(shù)，水下、水面、冰雪面、空中等多領(lǐng)域、多機(jī)器人協(xié)同探測技術(shù)等等?！表n建達(dá)研究員表示，這些技術(shù)都有待于在后續(xù)的科研工作中逐步深入展開并不斷取得突破。 

　　■新聞緣起 

　　歷經(jīng)156天驚濤駭浪、冰雪交加的洗禮和考驗，我國第24次南極科學(xué)考察隊圓滿完成各項任務(wù)凱旋。4月15日，科考隊抵達(dá)在上海的中國極地考察國內(nèi)基地碼頭。 

　　我國第24次南極考察緊緊圍繞南極內(nèi)陸站建設(shè)選址、“國際極地年”中國行動計劃、極地考察“十五”能力建設(shè)三大目標(biāo)展開，考察隊共完成了46項科學(xué)考察和11項后勤保障任務(wù)，取得了豐碩的考察成果。 

　　由國家863計劃支持，中國極地研究中心、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、北京航空航天大學(xué)聯(lián)合研制的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“冰雪面移動機(jī)器人”和“低空飛行機(jī)器人”，在我國第24次南極科考中獲得首次試驗成功，這是我國在南極考察事業(yè)中首次運(yùn)用智能機(jī)器人技術(shù)。（據(jù)新華網(wǎng)）

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　　■相關(guān)鏈接 

　　極地機(jī)器人在國際上的表現(xiàn) 

　　英德：據(jù)報道，在2007年10月至12月期間，英國南極考察局和德國不倫瑞克工業(yè)大學(xué)合作研制的無人駕駛航空器（簡稱無人機(jī)）已多次在南極上空飛行，并成功完成了預(yù)定的南極考察任務(wù)。這種載有高科技觀測設(shè)備的無人機(jī)共飛行了20架次，每次40分鐘，測量了南極地區(qū)威德爾海上空超低空區(qū)域的氣溫，收集了南極仍未標(biāo)明的地區(qū)的各種地理和氣象數(shù)據(jù)。 

　　這種無人機(jī)重約6公斤、翼展為2米，看上去像一個大的遙控飛機(jī)模型。它可根據(jù)預(yù)先設(shè)計的飛行線路自行飛行，途中也可根據(jù)情況自行調(diào)整路線。無人機(jī)返航著陸時需要人工操縱。它的引擎動力來自鋰離子電池，能全天候飛行，續(xù)航能力為45公里。 

　　研究人員希望這種無人機(jī)在未來幾年內(nèi)能成為人類考察赤道沙漠、極地等條件惡劣地區(qū)的常用工具。 

　　意大利：2002年意大利對履帶雪地車進(jìn)行了無人化改造，研制出RobotAntarticodiSuperficie（RAS）機(jī)器人，使其可以在營地之間沿固定路線自主行駛。 

　　美國：1992年美國卡耐基梅隆大學(xué)研制出Dante-I四足步行機(jī)器人并在南極Erebus山開展實驗研究，其目的是對火山坑峭壁實施機(jī)器人化探測，由于通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障，該次探測未能取得成功，但此舉開辟了人類利用機(jī)器人進(jìn)行極地探測這一新途徑。1997年，美國卡耐基梅隆大學(xué)開始將其研制的Nomad移動機(jī)器人用于南極巖石分類與隕石搜索，實驗在南極PatriotHills進(jìn)行，2000年Nomad使用激光導(dǎo)航成功在南極冰雪面自主行駛了10.3公里，以預(yù)定路線覆蓋了2500平方米的區(qū)域，自主找到了5塊隕石，成功演示并證明了利用機(jī)器人進(jìn)行自主科學(xué)探測是人類將其研究領(lǐng)域延伸到不可達(dá)區(qū)域的有效、可行方案。(記者陳瑜)