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基于视觉导航的水下探测机器人Orpheus可深入海底6000米出并构建其3D图像

2026-07-02 21:29:32 | 小编 | 点击数:

  5月14日,由美国国家海洋与大气管理局(NOAA)驾驶的Okeanos Explorer号船将从佛罗里达州的卡纳维拉尔港出发,进行为期两周的由NOAA海洋勘探公司领导的探险,其中包括自动水下航行器的技术演示。这种新型的潜水机器人称为Orpheus,将展示一个系统,该系统将帮助其找到路途并识别海底有趣的科学特征。

  相对地形导航可以帮助NASA的漫游者探测器精确降落在“红色星球”上。该系统允许下降的机器人直观地绘制火星景观,识别危险,然后选择一个安全的地方在没有人类帮助的情况下降落。以类似的方式,该机构的Ingenuity Mars Helicopter使用基于视觉的导航系统来跟踪飞行过程中地面的表面特征,以估计其在火星表面的运动。

基于视觉导航的水下探测机器人Orpheus可深入海底6000米出并构建其3D图像(图1)

  由火星上使用的基于视觉的导航系统的演变,由南加州的NASA喷气推进实验室的工程师开发,现在将在离家近的地方进行试验:在美国东海岸的大西洋沿岸。

  通常需要使用大型,高功率的定位设备(如声纳),来在海床附近的黑暗且通常是暗淡的水域中航行。通过利用低功率的摄像头和照明系统以及先进的软件,Orpheus比大多数深海潜水器轻了一个数量级。它比四轮摩托车小巧,重约550磅(250千克),设计轻巧,易于操作且坚固耐用,可探索大多数设备无法进入的深度。

  Orpheus技术演示将在NOAA的Okeanos Explorer船上进行。在5月14日从佛罗里达州的卡纳维拉尔港出发后,为期两周的探险队探索了美国东海岸附近的水域。

基于视觉导航的水下探测机器人Orpheus可深入海底6000米出并构建其3D图像(图2)

  由伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)与JPL合作设计的Orpheus可以不受限制地在海洋中的任何地方工作,包括最极端的深度。最终,项目团队希望看到一群水下机器人一起工作,以在海底带未开发的海底广大区域(深超过20,000英尺(6,000米)的区域)中构建3D地图。但是,在机器人探索这些深度之前,必须首先在较浅的水域中进行调整。

  JPL机器人技术工程师罗素·史密斯(Russell Smith)表示,该技术演示将用于收集数据,以展示海洋中地形相关导航的可行性,同时还展示了多个机器人在极端环境中如何协同工作。这些测试将使我们步入正轨,开始未来的潜水之旅,并聪明地寻找具有高生物活性的令人兴奋的区域。

  Orpheus的基于视觉的导航版本称为视觉惯性测距法(xVIO),它通过使用高级相机和模式匹配软件系统,以及可以精确测量其方向和运动的仪器来工作。当Orpheus越过海底时,xVIO会识别出车辆下方的特征,例如岩石、贝壳和珊瑚。就像在旅途中记住地标一样,xVIO将使用这些功能作为导航点来构建3D地图,以帮助其导航。但是,该系统不仅仅是防止潜水机器人迷路的一种手段。

基于视觉导航的水下探测机器人Orpheus可深入海底6000米出并构建其3D图像(图3)

  xVIO创建的高分辨率地图被存储到内存中,以便当Orpheus返回该区域时,它将识别出要素的独特分布,并将其用作扩展其探索范围的起点。与机器人伙伴一起工作时,可以共享,交叉引用和开发地图,以快速确定具有科学兴趣的领域。

  将来,可以对一些最极端的海洋环境进行探索。从深海trench沟到热液喷口,将探索许多新的目的地。 通过缩小规模,将为海洋科学家创建了一种新的简化工具,该工具将使NASA作为自主太空探索的模拟系统直接受益。

  克莱斯(Klesh)指出,美国国家航空航天局(NASA)与WHOI和NOAA等组织之间的合作,具有其广泛的海洋学专业知识的另一个优点:正在开发的利用智能、小型、坚固耐用的自动水下航行器,最终可以被利用来探索海洋。

  地球类似物通常用作太阳系其他位置的环境替代物。例如,木星的月亮欧罗巴拥有一个地下海洋,可以容纳有利于生命的条件。

  在地球上的海底深度处,压力大致相当于欧罗巴海底海底的压力,据信可能深达80公里(50英里),这一远征可能是有关我们自己星球的新发现的垫脚石,这是一个深刻的发现,其中包括回答最根本的问题:生命是地球独有的吗?或者,除了这个淡蓝色的星球之外,还有其他地方可以生存吗?出现了吗?在探索任何其他海洋世界之前,我们必须先更好地了解自己的家。