水下冰川機(jī)器人是如何在南極工作的？為你揭曉水下冰川機(jī)器人的神秘面紗

無(wú)論是夏威夷的熔巖區(qū)，還是喜馬拉雅山的頂峰，都堪稱(chēng)是地球上最危險(xiǎn)的環(huán)境，也很少有人涉足。然而，這些都比不上地球極地地區(qū)的水域，在那里，寒冷的溫度和巨大的壓力會(huì)讓像你我這樣弱小的人瞬間窒息而死。

但機(jī)器人呢？它們堅(jiān)韌的軀體比人類(lèi)更適合在這里執(zhí)行任務(wù)。這是Seabed機(jī)器人的地盤(pán)。Seabed是一種裝有傳感器的機(jī)器人，能夠潛入一英里深的極地海洋，自動(dòng)收集寶貴的數(shù)據(jù)。但這是要付出代價(jià)的：讓機(jī)器人順利回到破冰船上可能要比與數(shù)百萬(wàn)英里以外的火星探測(cè)器通信更具挑戰(zhàn)性。

Seabed并不像那些典型的自動(dòng)水下航行器。很多水下航行器形狀像魚(yú)雷，可以像水柱一樣有效地穿透海水。相反，Seabed可以使用其螺旋槳像直升機(jī)一樣懸停在水中。這允許它懸停在海底并用聲納映繪制海床地圖，或者靠近冰山旁邊去測(cè)量它的厚度。

由于冰層的緣故，機(jī)器人無(wú)法通過(guò)有線(xiàn)方式通信，而無(wú)線(xiàn)電波通信也無(wú)法在水下工作。相反，Seabed通過(guò)發(fā)出聲音信號(hào)來(lái)進(jìn)行通信（就像麻省理工學(xué)院的催眠魚(yú)機(jī)器人一樣）。即便如此，Seabed這種機(jī)器人并不總是一個(gè)可靠的溝通者。 “如果幸運(yùn)的話(huà)，我們每分鐘就得到一個(gè)256字節(jié)的數(shù)據(jù)包，”開(kāi)發(fā)Seabed機(jī)器人的東北大學(xué)機(jī)器人專(zhuān)家漢努瑪特辛格（Hanumant Singh）說(shuō)道， “但我們也無(wú)法保證我們就一定能夠得到數(shù)據(jù)包?！比绻麑⒋伺c美國(guó)宇航局科學(xué)家與火星探測(cè)器的通信方式進(jìn)行比較的話(huà)，似乎后者要簡(jiǎn)單一些：從機(jī)器人發(fā)送到地球的信號(hào)平均需要20分鐘，但至少是一致的。如果辛格需要接通海底機(jī)器人Seabed，信號(hào)或許無(wú)法到達(dá)那里。

為了解釋丟失的數(shù)據(jù)包，辛格為機(jī)器人提供了一條路徑，比如沿著海底的特定區(qū)域運(yùn)行并用聲納對(duì)海床進(jìn)行測(cè)繪。如果有什么東西出現(xiàn)問(wèn)題，比如寒冷天氣突然襲來(lái)并開(kāi)始凍結(jié)Seabed應(yīng)該浮出水面的冰洞，辛格可以發(fā)出一個(gè)信號(hào)來(lái)縮短任務(wù)。理想情況下，這個(gè)信號(hào)可以快速到達(dá)Seabed那里。(順便說(shuō)一句，他只失去了一個(gè)這樣的機(jī)器人，不是因?yàn)橥ㄓ嵐收?，而是因?yàn)橐还蓮?qiáng)烈的洋流把它沖走了。)

如果Seabed在厚厚的冰層下出現(xiàn)在了錯(cuò)誤的上浮位置，也無(wú)法保證其操作員可以將其從水中取出。它可能會(huì)出現(xiàn)在破冰船附近，就像2010年的一次任務(wù)一樣。你不能在價(jià)值50萬(wàn)美元的機(jī)器人附近進(jìn)行破冰，所以研究人員常常不得不在冰上挖一個(gè)小洞。這使他們可以接觸到設(shè)備，他們將重物放到Seabed機(jī)器人身上稍微下沉，此外還有一個(gè)浮子，以防止它直接下沉到海底。然后船可以進(jìn)一步破冰——當(dāng)然還是要小心翼翼地將機(jī)器人拉出來(lái)。在另一項(xiàng)更為復(fù)雜的任務(wù)中，研究人員不得不再放下一個(gè)較小的水下機(jī)器人來(lái)抓住Seabed并將其安全拖到開(kāi)闊水域。

不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，Seabed總能返回到距離操作員預(yù)期的海面位置幾米之內(nèi)。同樣，如果機(jī)器人無(wú)法保持自動(dòng)化，那么這種環(huán)境會(huì)讓它很快失效。

一旦Seabed進(jìn)入水中，就像會(huì)像魚(yú)進(jìn)入水里一樣活躍。這種機(jī)器人它密封得很好并且很緊，以防止冰冷的海水滲入電子設(shè)備。因此，如果你把它帶出一個(gè)溫暖的船庫(kù)并迅速將它放入海中，那就沒(méi)問(wèn)題了。當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)候，你必須將機(jī)器人從水中拉出來(lái)，然后立即再次使用它。

“你把機(jī)器人放在水中，你正在進(jìn)行測(cè)試，你意識(shí)到，哦，我們忘記了什么，”辛格說(shuō)。水本身約為華氏40度，但環(huán)境中的空氣卻是零度。 “你把機(jī)器人重新帶回來(lái)，現(xiàn)在它會(huì)完全被冰裹住?！?/p>

但Seabed足以應(yīng)付這些問(wèn)題。Seabed是一種頑強(qiáng)的科學(xué)機(jī)器，在氣候變化的這些時(shí)期，它的工作比以往任何時(shí)候都重要。除了用聲納繪制海底地圖之外，它還可以測(cè)量冰層的厚度。

當(dāng)然，你可以通過(guò)在冰面上鉆大量的孔，再利用卷尺來(lái)做到這一點(diǎn)。但是海冰的變化異常復(fù)雜。 “在北極和南極，冰不僅僅是固定在那里，因?yàn)樗鼤?huì)因?yàn)樵诤Ｃ嫔辖Y(jié)冰而變厚，”伍茲霍爾海洋研究所的海冰物理學(xué)家特德·馬克西姆(Ted Maksym)說(shuō)， “它正在四處移動(dòng)，所有的冰塊都會(huì)相互撞擊，從而會(huì)形成這些巨大的冰堆?！?/p>

“冰層會(huì)深達(dá)60英尺，而Seabed可以用聲納繪制冰層，就像從下面割草坪一樣，”馬克西姆說(shuō)。

馬克西姆想要了解的是極地地區(qū)的冰是如何變厚和變薄的。例如，在北極，古老的冰川正在消失，冰川的季節(jié)性也越來(lái)越強(qiáng)。 “因此，了解冰層厚度如何隨著北極的變化而變化，這有助于我們了解北極將如何應(yīng)對(duì)氣候變化，”馬克西姆說(shuō)。

這當(dāng)然意味著將Seabed置于危險(xiǎn)之中，當(dāng)然也意味著讓人類(lèi)潛水員擺脫危險(xiǎn)。機(jī)器人可能會(huì)不時(shí)被困在冰下，但它收集的數(shù)據(jù)對(duì)于科學(xué)理解地球上最殘酷的環(huán)境至關(guān)重要。