麻省理工学院工程师开发用于港口安全的水下机器人

动画视频的屏幕截图显示了如何使用机器人执行超声波扫描。

麻省理工学院的工程师开发了一种足球大小的机器人，该机器人可通过沿船体谨慎浏览以寻找隐藏违禁品的中空隔间，从而提供额外的港口保护。

上周，在国际智能机器人与系统会议上，麻省理工学院的研究人员推出了一种椭圆形潜水机器人，该机器人比足球要小一些，其一侧的平板可以沿着水下表面滑动以进行超声波扫描。

该机器人最初旨在寻找核反应堆水箱中的裂缝，还可以检查船上是否有走私者经常用来掩盖违禁品的假船体和螺旋桨轴。由于其体积小和独特的推进机制-不会留下明显的尾流-从理论上讲，这些机器人可以隐藏在成群的藻类或其他伪装中。他们的舰队可能会在港口上空飞来飞去，而不会提醒走私者，也没有给他们抛弃货物的机会。

机械工程专业的研究生Sampriti Bhattacharyya和她的顾问福特工程学教授哈里·阿萨达（Harry Asada）一起设计了机器人，他说：“对于每条进入港口的小船，都要使用传统的机器人，对于港口安全而言，这是非常昂贵的。”“如果价格足够便宜-如果我能以600美元的价格买到它，-为什么不让他们中的20个人进行协作检查呢？而且，如果破裂，没什么大不了的。这很容易制作。”

实际上，Bhattacharyya在Asada的实验室中使用3D打印机构建了机器人的主要结构组件。机器人的一半（一半为平板）是防水的，并装有电子设备。另一半是可渗透的，并装有推进系统，该推进系统由六个通过橡胶管排出水的泵组成。

这些管中的两个在机器人与扁平面板相对的一侧上排气，因此它们可以将其保持压在机器人正在检查的任何表面上。其他四个管在机器人长轴的相对两端成对排放，并控制其运动。

机器人的水密室中有控制电路，电池，通信天线和惯性测量单元，该单元由三个加速度计和三个陀螺仪组成，可以测量机器人在任何方向上的运动。

求婚不稳定

正如Bhattacharyya所解释的那样，通过设计，机器人的椭圆形本质上是不稳定的。她说：“它与战斗机非常相似，后者变得不稳定，因此您可以轻松操纵它们。”“如果我（在一端）打开两架喷气式飞机，它就不会直走。它会转动。”

当机器人试图执行严格的操纵时，这种转弯趋势是一种资产，但是当它以直线扫描船只的船体时，这是一种责任。因此，所有管子都以不同的角度离开机器人，Bhattacharyya计算得出这些角度可以最大程度地控制机器人的不稳定性。

机器人的水密室中有控制电路，电池，通信天线和惯性测量单元，该单元由三个加速度计和三个陀螺仪组成，可以测量机器人在任何方向上的运动。控制算法会不断调整通过六个喷头中的每一个喷出的水的速度，以使机器人保持正常运行。

在最初的实验中，研究人员只是测试了机器人导航到水下表面并在直线行驶时保持与之接触的能力，因此该原型机尚未配备超声传感器。

Bhattacharyya说，原型中使用的可充电锂电池可持续使用约40分钟。由于机器人在压靠在表面上时可以每秒移动半米至一米，因此应该给它充裕的时间在充电之前检查多个小型飞船。研究人员设想，机器人团队可以保持旋转，一些机器人返回港口补给，而另一些机器人返回值班。

Bhattacharyya说，他们的下一个原型将配备无线充电电池。她说，对推进系统进行修改后，一次充电即可使机器人的运行时间增加到100分钟。

保持距离

Bhattacharyya指出，尽管她和Asada展示了机器人能够在光滑表面上行驶的能力，但许多船的船体都会结成硬壳，可能会阻止持续的接触。但是，只有在发射器直接与要扫描的对象接触时或超声波的距离是声波波长的特定倍数时，超声波才起作用。

保持精确的距离是一项艰巨的任务，但是在正在进行的工作中，Bhattacharyya和Asada正在探索机械系统，该系统将创建适当深度的流体动力缓冲器，以使机器人能够在没有表面接触的情况下执行超声扫描。

美国空军特种战术官内森·贝彻特（Nathan Betcher）密切关注了巴特塔卡里亚（Bhattacharyya）和浅田（Asada）的工作。他说：“我非常感兴趣的是，看看这种技术是否会对我将来可能承担的许多任务或角色产生实质性影响。”“我特别感兴趣的是，看看这种技术是否可以在国内海上作业中使用，从检测走私的核，生物或化学制剂到毒品拦截，发现水下结构和船体的应力破裂，甚至更快的处理速度，都可以。和海上交通路线。”

麻省理工学院的研究是由美国国家科学基金会资助的。

图像：麻省理工学院新闻