智能海洋機器人用途廣泛

文│葉浩男

圖│何杰平、部分由受訪者提供

澳門大學電機及電腦工程系Carlos Silvestre教授的團隊正在研發新型自主船艇。他們在2020年一項國際智能無人船賽事奪冠,目前則在研究智能水下無人艇,能用於執行海底測繪等諸多任務。

應用廣泛

Silvestre教授在2011年領導成立「基於傳感器的協作機器人研究實驗室」(SCORE實驗室),目前與研究助理Joel Reis博士、博士生余甘和其他學生一同開展動力系統理論的科學探索,並且運用研究成果開發智能海洋機器人和空中無人機。

Carlos Silvestre教授(中)、研究助理Joel Reis博士(左)和博士生余甘

Silvestre教授早在30多年前開始研究海洋機器人。當時他是里斯本大學高等技術學院的碩士生。他說,在不同類型的機器人中,無人水面艦艇(USV)的用途尤其廣泛,在執行巡邏、貨運、海洋研究、搜救、油氣勘探和海底電纜安裝等任務時均有明顯優勢。

SCORE實驗室在澳大校園的湖面試測無人船

設計導航及控制算法

由於風、浪、洋流等環境因素,要使USV始終在正確時間沿著正確路徑航行並非易事。USV需要一個由複雜算法組成的軌跡跟蹤控制系統,才能即時、準確和安全地運作,並在偏離預定路徑時進行快速修正。

無人船裝有一個軌跡跟蹤控制系統

SCORE實驗室近年來在設計非線性軌跡跟蹤智能控制系統方面取得豐碩成果,它們的有效性已在電腦仿真和澳大校園內的實地試驗得到驗證。實驗室成員開發的算法能讓USV避開障礙物、在電力耗盡時返回出發點和應對其他突發情況。

澳大團隊在首屆珠海萬山國際智能船艇公開賽的一個項目奪冠

SCORE實驗室成員憑藉他們的算法,在2020年底首屆珠海萬山國際智能船艇公開賽獲得冠軍。他們在比賽期間編寫了智能制導、控制和導航程序並安裝在USV上,然後在海上執行自動導航、避開障礙物和目標識別等任務。他們的USV最終的追蹤準確度不僅遠高於十名對手,更被賽事主辦方譽為「史無前例」。

新型無人潛水器

此外,Silvestre教授的團隊正在設計一種新型自主水下航行器,將會配備專業級的聲納系統、攝像頭和慣性傳感器。這個項目名為「ORVIS‑Ocean Robotic Vehicles for Intervention in Shallow Waters」,為期數年,2020年起由澳門科學技術發展基金資助。

Carlos Silvestre 教授

據Silvestre教授介紹,這款新型水下機器人將會配備聲納傳感器,在低能見度的水底仍能產生高解像度的圖像。「在颱風等天災後,我們可以使用這個機器人來檢查澳門能見度很低的水域的水下設施有否損壞。海洋機器人可以巡邏水域、檢查海堤等海洋設施、繪製海床地圖和監測海洋生態系統,相信將會在澳門得到更廣泛的應用。」

第24期 | 2021年

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2021-12-01T10:44:20+08:00