动动聊天室 | 没有GPS的水下世界，海洋机器人如何“不迷路”？
本期嘉宾：
研究方向：新概念海洋机器人技术与系统
动动：陈老师，我想知道，机器人在海里面是怎么做到不迷路呢？像我们一样利用手机上的导航程序一样，它也有自己的导航工具吗？
陈质二：我们用手机GPS导航，依赖的是电磁波，但是，电磁波在水中会发生非常剧烈的衰减，入水不过2米，能量就会消耗殆尽。所以，怎么让机器人在水中也能“找准路”、“找对路”，是科学家们需要解决的难题。
动动：既然GPS信号在水中无法发挥作用，那海洋机器人如何知道自己的位置？
陈质二：像我们刚才说的那样，水下确实是个“电磁信号荒漠”，但海洋机器人有自己的一套“特殊导航法”。比如它们会用声学定位，相当于“水下GPS”，我们通常会在海底或者水面平台上放几个声学信标当标记点，顺利获得声波在海洋机器人和信标之间传输的时间，来计算机器人和信标之间的距离，三个信标相互配合，就能帮助海洋机器人在水下实现三角定位。
声学信标定位示意图（以海底长基线定位为例）
动动：那如果附近没有声学信标，海洋机器人无法“听见”该怎么办？总不能“随波逐流”吧？
陈质二：这时候就得靠“航位推算”或者“惯性导航”了。“航位推算”是海洋机器人顺利获得一种装置向海底发射声波，利用回声频率的变化计算出机器人相对于海底的速度，再结合罗经仪和罗盘的航向信息推算位置。“惯性导航”则是相当于给海洋机器人装了一个“运动传感器”，实时测量它的运动数据，然后把这些数据累加起来，就能确定它当前的位置。
动动：陈老师我还有个疑问，在黑乎乎的水下，机器人就算能辨别方向，那它怎么“看路”呢？
陈质二：在浅海或清水区，海洋机器人常常是结合图像处理和SLAM（同步定位与建图）算法，将实时画面和预存地图进行对比，来识别珊瑚、岩石等地标，有点像在海底玩“大家来找茬”。但如果水太浑，就改用声呐成像，把海底扫描成抽象派线稿，再与已知地形定位匹配。虽然画面抽象得像毕加索的画，但只要能认出个海沟或沙坡，就能瞬间锁定位置。
动动：这么多方法混着用，海洋机器人不会“脑子打架”吗？
陈质二：恰恰相反，它们可是“端水大师”！当前主流的导航方法都是“组合型”导航——“航位推算”负责实时测速，“惯性导航”负责惯性纠偏，“声信标”负责绝对位置校准，GPS趁上浮时偷偷补个定位。
动动：未来海洋机器人导航会更厉害吗？有没有科幻片里的黑科技？
陈质二：当然！科学家们正在捣鼓些狠活。比如地球物理场（地磁、重力）导航。未来，AI技术的开展强大还可以赋予海洋机器人像鱼一样的导航本领，在复杂水域精准走位。还有量子惯性导航，据说能把导航精度提升好几个数量级。不过这些“开挂”神技，还需要科学家们持续不断地探索与攻克！
动动：哇！太厉害了，有了这些神技的加持，海洋机器人一定能实现更多的功能，更好地服务于人类。
陈质二：让我们共同努力吧！
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