自主抓取考試開始了。獐子島的海面水流湍急，搖搖晃晃的科考船上，科研人員在顯示器前監控著“海鮮”捕撈機器人的一舉一動，不做任何操作。不一會兒，這個被稱為“海底法拉利”的機器人上岸了，載著滿滿一筐在海底自主識別捕撈的扇貝，考試成績接近滿分！這是科研人員國慶節得到的最好的禮物。

機器人在海底遙控抓取的野生扇貝。圖片由哈爾濱工程大學提供

　　“海底法拉利”是哈爾濱工程大學船舶工程學院黃海教授及其團隊研究人員立足於國家自然科學基金委員會重點項目“水下機器人自主環境感知與生物目標無損抓取研究”研製的，項目起步于2016年。黃海介紹，隨著水産養殖業的規模不斷擴大，潛水員人工捕撈的作業模式已經越來越不能滿足海洋經濟可持續發展的要求。捕撈人力成本高、水下工作環境惡劣、受到客觀因素影響作業時間有限，因此，團隊致力於研發一款智慧的海底生物捕撈水下機器人來代替潛水員的工作，不僅能降低捕撈成本，還能提高捕撈效率及安全性。

　　出海試驗選擇在獐子島附近的自然養殖海域進行，然而測試當天，單方向海流速度已經達到了0.6米/秒，海況比較惡劣。風浪越大，水流越湍急，越能展現“海底法拉利”的實力。

　　“法拉利”身高1.15米，四肢矯健，長達1.2米的三關節機械臂是抓取海鮮的殺手锏。它有三隻眼睛，可以根據海鮮的不同位置和海況，智慧選擇兩種抓取模式。為了實現精確識別，捕撈機器人在下海的第一天進行了樣本採集和訓練，在光纜的引導下，“法拉利”被護送到海面。經過逐步分解的單目自主抓取和雙目自主抓取訓練測試後，獨立完成從下潛到自主尋找、智慧識別、定位跟隨、自主抓取、收集等一系列全自主操作。

　　科研人員捏著一把汗，他們靜靜地盯著顯示屏中“法拉利”的一舉一動。在湍急的水流中，加足馬力的“法拉利”沒有受到水流的影響，憑藉著強大的雙目模式精準識別目標，從距離海底1.5米的高度緩緩降落，逐步趨近目標，四條腿牢牢罩在目標物的周圍，機械臂果斷出擊。“今天有海鮮吃了!”見一隻只扇貝被機械臂裝進背簍，科研人員擊掌叫好。

　　“法拉利”出海試驗圓滿成功，為了這一天，研究團隊先後20余人努力了4年多。“海底作業不同於陸地，海水混濁能見度差，機器人要克服大風浪與海流的嚴重影響及正常人類作業難以應付的水下環境，挑戰性超乎想像。”黃海表示，此次參加海試的第二代“海底法拉利”，經過團隊多年的迭代改進升級，已經逐個突破了對海底生物的遠距離探測、水下生物的視覺柔性感知、目標生物快速檢測、識別與跟蹤和自主抓取等技術難題。

　　機器人在水下智慧識別海底生物和精準抓取是兩大難題。當機器人發現目標後，海流的方向和流速都是不可控的，機器人如何實現精準抓取？

　　“我們通過對機器人的運動軌跡規劃並調整機器人的運動控制，來實現機器人精準趨近目標。當發現目標後，機器人的手眼配合非常重要，團隊還特別開發了手眼協調控制模型，克服了攝像機和模型參數的不確定性，實現了手眼融合自主作業。”黃海説。

　　據團隊成員介紹，水下機器人不僅能抓取扇貝，鮑魚、螃蟹、海參等海洋生物，在它學習之後，任何海洋生物都能識別抓取。“不但提高了工作效率，還減少了對海底生態環境的破壞，有利於海洋生物養殖的可持續發展。”

　　下一步，團隊還將繼續改良機器人的各方面性能，通過環境感知和智慧決策，實現在複雜環境中對複雜組合體、軟體動物甚至生命活體的操作和作業，推動我國水下機器人自主環境感知與作業技術研究應用取得重大突破。（朱虹 記者 趙一諾）