【数字技术·最新资讯】机器人水下火炬接力？这还是奥运史上第一次

2月2日，奥运史上首次由两名机器人“火炬手”完成水下传递。此举引爆了全网，火炬水下传递彰显的科技感和中国科技的硬实力瞬间拉满！

在最为精彩的“水下悬停对接”环节，水下火炬在机器人的操作下进行厘米级精准对接，整个过程火炬的火焰一直熊熊燃烧。难以置信的这一幕，究竟是如何实现的，背后是一支怎样的科研攻关团队，“学习强国”独家专访了牵头研制两台机器人的中国科学院沈阳自动化研究所水下机器人研究室主任、党总支书记李智刚等人。

机器人在水下传递火炬（张桅 摄）

这支科研团队刚刚成立，平均年龄30岁

据悉，整个项目由中国科学院沈阳自动化研究所（简称“中科院沈阳自动化所”）牵头，参加单位还包括北京动力机械研究所、广东智能无人系统研究院等，其中北京动力机械研究所负责火炬系统的研发。

李智刚介绍说，中科院沈阳自动化所从事“机器人跨域火炬传递技术研究与系统示范应用”项目的团队共有10人，团队负责人田启岩副研究员是一位较为年轻的博士，2016年毕业后来到研究所工作，项目经验比较丰富。

整个科研团队平均年龄30岁，成员大多来自水下机器人研究室基础研究部。而这个部门也是在2020年刚成立的，定位于基础科学问题和前沿技术问题的研究和攻关，田启岩是基础研究部的部长。

值得一提的是，该项目是该基础研究部成立后承担的第一个重大任务。为什么选择这支年轻的团队？李智刚说，这是经过充分考虑和论证的，也希望这个年轻团队展示出自己应有的能力。

让机器人水下火炬接力究竟是谁想出来的点子？据悉，该项目是国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项下的一个项目。该项目最初源于中科院沈阳自动化所副所长李硕的一个建议，后来在大家集思广益下逐渐完善，形成了现在的方案。

火炬传递地点选取也经过了多轮论证。从最开始顺义奥林匹克水上公园，到北京冬奥公园马拉松大本营及冬奥公园莲石湖，经过详细现场勘测，从冬奥公园的水域环境、火炬传递路线这两点因素考虑，最终和北京2022冬奥组委沟通，定在冬奥公园进行机器人水下火炬接力这项任务。

水下厘米级精准对接谈何容易！

这个年轻团队接到的第一个任务就是如此重要的任务，压力、挑战之大，可想而知。

据李智刚介绍，此项目启动时已经是2021年4月，距离冬奥火炬传递仅9个月时间，所以当时就感受到巨大的压力。

这不仅涉及两种水下机器人，还涉及水下使用的特种火炬，水下机器人必须与火炬相互配合才能完成火炬接力的任务。水下机器人是浮游在水中进行作业，极易受水流等影响而发生晃动，所以让两个机器人的火炬实现厘米级精准对接是很难的一件事，也少有参照案例。

水陆两栖机器人（张桅 摄）

水下变结构机器人（张桅 摄）

不过，要实现机器人水下火炬接力，首先必须攻克的就是水面水下跨介质可用的火炬。火炬不仅要能够燃烧，而且要有较好的展示效果（火焰效果）。

研发参与单位之一北京动力机械研究所，创新采用气态燃料，保证了较好的火焰效果；同时设计了可控的氧气喷发装置，在火炬进入水下后，及时启动氧气喷发装置，保证了火炬在水下正常燃烧。从现场效果看，水下火炬的火焰不仅正常燃烧，还具备了动态、飘逸的美感。

25天开展了近百次现场测试

在火炬传递的现场，火炬手将奥运圣火传递给水陆两栖机器人，水陆两栖机器人手持燃烧火炬，沿冰壶赛道旋转滑入冰洞口；水下变结构机器人向其靠拢，两台机器人手持火炬在水下精准对接点火；水下变结构机器人手持点燃火炬从冰洞口出水，将奥运圣火传递给下一棒火炬手。

“台上一分钟，台下十年功。”研发团队提前进驻北京冬奥公园，在25天的时间里开展了近百次的测试，与时间赛跑，争分夺秒，对机器人火炬传递任务进行了多轮优化。

不过，第一次测试就遇到了意外。不仅没接过来火，还把两栖机器人的火炬给弄灭了。试验过程中还遇到了低温燃料液化的现象，这导致火炬下水后很快熄灭。

“说起来似乎比较简单，但水下接火的过程是一个非常难的事情。”李智刚介绍说。研发团队遇到最大的困难和挑战是两只火炬的接火过程的可靠性。火炬接力是一个影响度非常大的活动，因此要求接力过程中万无一失。但受水流波动和水下能见度差以及火炬气源压力和流量的影响，有时会发生对接位置不准，造成无法接火的情况。

最后，研发团队采取提高机器人位移控制精度、优化气源参数以及反复演练的方式最终解决了该问题。

机器人水下火炬接力意义重大

“一直到最后时刻，心里还是比较忐忑。”李智刚说，总感觉达不到万无一失的程度，压力比较大，只有通过不断演练来增强可靠性，也增强团队的信心。

2月2日，在火炬接力的现场，整个团队听到了水下火炬对接成功的声音，大家一直悬着的心才终于落地。“虽然是冬天但我却一直在出汗，一方面感到非常紧张，另一方面内心也激动火热。”田启岩说。

据李智刚介绍，变结构机器人是研发团队提出的一种新概念水下机器人，它上下两部分合体后可有比较好的线形，水下阻力就小，可以实现长距离的航行，已完成了测绘、探测等任务；上下两部分打开后，可以展开布置在体内的机械臂，从而可以实现抓取等作业任务。实际上就是将长距离的机动能力和较强的定点精细作业能力合二为一。

水陆两栖机器人（左）与水下变结构机器人（董旭洋 摄）

二者究竟有何区别？水陆两栖机器人主要是将火种从水面带到水下，而变结构机器人搭载七功能机械手携带火炬，主动到两栖机器人的火炬上取火，然后经过较长距离的航行到下一个冰洞口，将火炬送出水。

两个机器人实现水下火炬接力，具有重大意义。李智刚说，水下机器人的高精度位置控制技术、两个水下机器人快速交会对接方法都对后续的科研有指导和借鉴意义。

李智刚介绍说，在水下机器人研究室“海人”精神的感召下，研发团队全身心投入到项目中。从项目启动时起，就基本放弃了节假日，2021年国庆节、2022年元旦和春节都是在试验外场度过的。

据悉，中科院沈阳自动化研究所从事水下机器人研究的老一辈科研人员在水下机器人研究、开发和海上试验过程中形成了一种“海人”精神——求真务实、甘于奉献、凝心聚力、敢为人先。

在“科技冬奥”重点专项项目支持下，科研团队还研制了空中飞行机器人、地面机器人、冰雪面六足机器人等，先后参加实验室测试和外场试验，并在沈阳和北京先后开展了外场试验，为北京冬奥火炬传递提供了高质量的技术和装备支撑。

火炬传递成功的第二天，幕后英雄团队就默默地开始清理现场，然后启程回家。这次在北京的项目非常成功，年轻团队经受住了考验，实现了心愿。

“火炬接力是奥运会不可缺少的环节，奥运圣火传递不仅见证了奥林匹克运动的发展，也见证了人类科技、文明与智慧的不断进步。本次活动在国际上首次实现机器人水下火炬接力，点燃了人们对北京冬奥的激情，在向世界传递友谊与和平的同时，展现了我国在机器人领域的科技进步。”李硕表示。

内容来源 / 科学大院，2022年2月6日

今日编辑 / 陈恬乐

责任编辑 / 戴晟昱

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