波浪滑翔機(jī)的案例
我國已實(shí)現(xiàn)多類型無人無纜潛水器組網(wǎng)觀測(cè)與探測(cè)應(yīng)用
徐文告訴我們，在項(xiàng)目支持下，用于組網(wǎng)的水聲通信機(jī)、水聲傳感器等重要水下裝備實(shí)現(xiàn)了從試驗(yàn)樣機(jī)到成熟產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步夯實(shí)了我國高端海洋裝備自主產(chǎn)業(yè)化能力。
“黑珍珠”波浪滑翔機(jī)。圖片來源：項(xiàng)目組
據(jù)了解，該項(xiàng)目隸屬于“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)，依托清華大學(xué)深圳國際研究生院，由中科院沈陽自動(dòng)化所、天津大學(xué)、中科院深海所、中科院南海所、浙江大學(xué)、中船七一五所、中船七一O所、國家海洋技術(shù)中心等共同承擔(dān)。
人工智能滑翔機(jī)來了，無人機(jī)該向它學(xué)點(diǎn)什么？
說一點(diǎn)廢話，無人機(jī)和滑翔機(jī)都是能飛的……但無人機(jī)需要?jiǎng)恿Γ?em>滑翔機(jī)卻不需要。
第二個(gè)方面則是以此來應(yīng)對(duì)極端天氣情況。在對(duì)滑翔機(jī)進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練的時(shí)候，研究者們還有注意到在極端天氣下鳥兒是如何實(shí)現(xiàn)安全滑翔的。這其中仍然是涉及對(duì)空氣溫度、風(fēng)向、風(fēng)俗的感知等方面的內(nèi)容。移植到無人機(jī)上，則可以在其上搭載一個(gè)類似的傳感器，搜集周圍的天氣狀況，做出最合理的飛行方案來。這樣一來，一些廠家所宣揚(yáng)的“能扛5級(jí)大風(fēng)”的標(biāo)語，或許多少也該有人相信了吧……
而由以上兩點(diǎn)可知，在這套人工智能系統(tǒng)的加持下，無人機(jī)的自主飛行能力也就會(huì)得到相應(yīng)的提高。這里體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)有三：第一可以調(diào)整飛行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最長飛行距離；第二可以提出飛行策略，調(diào)整飛行導(dǎo)航路線；第三則是對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行分析判斷，尋找極端情況下的最優(yōu)方案，最大程度上保證飛行安全。
也就是說，人工智能對(duì)無人機(jī)的影響將可能不再僅僅局限于利用視覺技術(shù)尋找目標(biāo)、利用導(dǎo)航技術(shù)確定位置，而是擴(kuò)展到利用更多的傳感器搜集飛行環(huán)境因素從而做出最佳的飛行方案。或者說，人工智能將會(huì)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的“飛行增強(qiáng)”。而無人機(jī)從出任務(wù)到回歸，也就可能真的不需要任何遠(yuǎn)程操控；無人機(jī)也就將實(shí)現(xiàn)真正意義上的“無人駕駛”。
展開 國產(chǎn)水下滑翔機(jī)“海燕”再創(chuàng)續(xù)航里程新紀(jì)錄
昨日，由天津大學(xué)研制的國產(chǎn)水下滑翔機(jī)“海燕”再次刷新由自己保持的連續(xù)工作時(shí)間最長和續(xù)航里程最遠(yuǎn)等紀(jì)錄。
本次再創(chuàng)佳績的是“海燕-L”長航程水下滑翔機(jī)(編號(hào)CHC03)。該型號(hào)的“海燕”是在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)支持下，由天津大學(xué)與青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研制的。
據(jù)介紹，今年11月下旬，該水下滑翔機(jī)在南海北部安全回收，順利完成項(xiàng)目中期海上試驗(yàn)考核，無故障運(yùn)行141天，最大工作深度1010米，連續(xù)剖面數(shù)達(dá)734個(gè)，續(xù)航里程3619.6公里，再次刷新此前由其保持的國產(chǎn)水下滑翔機(jī)連續(xù)工作時(shí)間最長和續(xù)航里程最遠(yuǎn)等紀(jì)錄。
此外，今年上半年，“海燕-L”長航程水下滑翔機(jī)(編號(hào)CHC01)連續(xù)運(yùn)行119天，完成剖面862個(gè)，航行里程2272.4公里，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)國產(chǎn)水下滑翔機(jī)連續(xù)工作時(shí)間最長、測(cè)量剖面最多、續(xù)航里程最遠(yuǎn)等國家紀(jì)錄。
據(jù)悉，2018年“海燕-X”萬米級(jí)水下滑翔機(jī)也在馬里亞納海溝附近海域通過測(cè)試并安全回收，最大下潛深度至8213米，創(chuàng)造了水下滑翔機(jī)下潛深度的世界紀(jì)錄。
青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋觀測(cè)與探測(cè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué)部分)深海智能裝備團(tuán)隊(duì)在國家部委的大力支持下，目前已經(jīng)具備工作深度200米、1000米、4000米和10000米譜系化“海燕”研發(fā)、生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)能力。2018年度，“海燕”團(tuán)隊(duì)面向全國12家用戶單位提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)共50臺(tái)次，完成剖面7807個(gè)，為我國水下滑翔機(jī)海上常態(tài)化觀測(cè)能力的提升提供了重要支撐。
展開 NASA開發(fā)飛翼滑翔機(jī)進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)采集
美國航空航天局（NASA）近日表示，將打造一款能收集氣象數(shù)據(jù)的全新滑翔機(jī)：氣象災(zāi)害預(yù)警和感知技術(shù)輻射無線電探空儀滑翔機(jī)（WHAATRR）。這種滑翔機(jī)能夠降低收集氣象數(shù)據(jù)的成本，并迅速將數(shù)據(jù)提供給美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）等，預(yù)計(jì)每年可幫NOAA節(jié)省1500萬美元成本。
WHAATRR基于NASA正在研制的Prandtl-M火星飛行器研制，后者是一種針對(duì)火星稀薄大氣對(duì)展向載荷分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以改善氣動(dòng)效率和控制特性的無尾飛翼飛行器。 WHAATRR受到了NASA創(chuàng)新啟動(dòng)資金資助，獲得了10000美元的種子資金，研究團(tuán)隊(duì)由阿姆斯特朗飛行研究中心、戈達(dá)德空間飛行中心、沃羅普飛行研究所等的研究人員組成。
WHAATRR翼展預(yù)計(jì)為0.9米，采用碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，NASA將從距離地面約6000米的氣象氣球上發(fā)射這種滑翔機(jī)。最終的測(cè)試將包括從30000米高空釋放滑翔機(jī)，并使用飛行控制程序?qū)⑵鋷У筋A(yù)先選定的目的地。NASA認(rèn)為，與目前采用的氣象氣球或其他方法相比，WHAATRR能夠提供更加精確、實(shí)時(shí)、低成本的氣象數(shù)據(jù)。
在氣象探測(cè)方面，NASA還在其“伊卡納”無人機(jī)（通用原子公司的捕食者B）上安裝了由松下公司開發(fā)的“對(duì)流層機(jī)載氣象探針（TAMDAR）”。TAMDAR已經(jīng)在商業(yè)航線上使用了12年以上，用以搜集大氣數(shù)據(jù)，而這是其首次在大型無人機(jī)上使用。NASA還設(shè)想在其DC-8有人駕駛研究機(jī)和全球鷹無人機(jī)上安裝TAMDAR進(jìn)行氣象觀測(cè)，并可在惡劣氣象條件下釋放WHAATRR進(jìn)行氣象探測(cè)。
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海洋維權(quán)無人裝備發(fā)展研究
1.美國
美國海岸警衛(wèi)隊(duì)在2000年前后即考慮配置無人化裝備，先后對(duì)“全球鷹”無人機(jī)、“鷹眼”垂直起降無人機(jī)、MQ-9B岸基無人機(jī)、“火力偵察兵”“掃描鷹”無人機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)、測(cè)試和使用；2017年采用“掃描鷹”無人機(jī)執(zhí)行完整的巡邏任務(wù)，通過試用破獲了重大海上走私案件，在大范圍情報(bào)偵察方面發(fā)揮了重要作用 [7]；計(jì)劃在全部“傳奇級(jí)”國家安全巡邏艦上配備無人機(jī)；提出了無人機(jī)發(fā)展應(yīng)用策略，涵蓋遠(yuǎn)程、中程、近程無人機(jī)（見圖1）。
圖1 美國海岸警衛(wèi)隊(duì)無人機(jī)發(fā)展策略
美國海岸警衛(wèi)隊(duì)同樣關(guān)注海上無人系統(tǒng)，包括無人水面艇、無人水下航行器。美國海岸警衛(wèi)隊(duì)2009年使用無人水下航行器開展沉沒漁船的水下調(diào)查；2017年在北極測(cè)試了部分海上無人系統(tǒng)，相關(guān)系統(tǒng)重點(diǎn)提高對(duì)海域的感知能力并作為未來的力量“倍增器”；2020年測(cè)試了基于在役7米級(jí)攔截艇改造的無人水面艇，通過集成SMART自治系統(tǒng)來提供無人水面艇集群和多任務(wù)協(xié)同能力。通過列裝無人裝備，美國海岸警衛(wèi)隊(duì)的執(zhí)勤執(zhí)法能力獲得了顯著提升。
2.日本
日本海上保安廳的相關(guān)裝備與美國海岸警衛(wèi)隊(duì)相近，除了大型艦艇、艦載直升機(jī)，無人裝備亦進(jìn)行列裝和使用。日本海上保安廳在2011年采購了“探索者”自主水下航行器，用于海上搜索、營救、調(diào)查作業(yè)；2016年以來在四個(gè)區(qū)域裝備使用了波浪滑翔機(jī)，用于高效構(gòu)建日本海洋狀況的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，為海上行動(dòng)提供偵察監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息；2018年將波浪滑翔機(jī)擴(kuò)展應(yīng)用到了第9區(qū)域，體現(xiàn)了海洋監(jiān)測(cè)方面的良好應(yīng)用能力；配置了無人艇并在一些海上對(duì)抗行動(dòng)中投入應(yīng)用 [6]，部署配備有多類測(cè)量儀器的無人測(cè)量船來收集海底地形數(shù)據(jù)（見圖2）。
展開 使用SmartDO/ANSYS進(jìn)行波浪發(fā)電機(jī)之結(jié)構(gòu)優(yōu)化
使用SmartDO/ANSYS進(jìn)行波浪發(fā)電機(jī)(Waver Energy Converter)之結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)3 W# ?6 r* p$ g; o4 |& ]
本期之電子報(bào), 介紹結(jié)合SmartDO與ANSYS進(jìn)行波浪發(fā)電機(jī)(Wave Energy Converter)之結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì). 在本例中, 原始設(shè)計(jì)之最大應(yīng)力遠(yuǎn)大于容許應(yīng)力, 重量約為三噸. 經(jīng)SmartDO優(yōu)化設(shè)計(jì)后, 其應(yīng)力降至容許應(yīng)力以下, 其波浪能量轉(zhuǎn)換能力不受影響, 而其重量減少約 19%.
SmartDO_eNews_20120620.pdf
展開 一種基于液-固界面摩擦納米發(fā)電機(jī)的高靈敏度波浪傳感器及其在智能海工裝備的應(yīng)用
【引言】
準(zhǔn)確預(yù)測(cè)波浪信息對(duì)海洋工程建設(shè)、海洋資源開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)、海上安全和海洋災(zāi)害預(yù)警至關(guān)重要。為了提高智能海工裝備的環(huán)境感知能力，開發(fā)出高靈敏度波浪傳感器以監(jiān)測(cè)海浪與海上平臺(tái)、船舶等海洋設(shè)備之間的相互作用非常重要。最近，基于摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)耦合的摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG) 用于能量收集和自驅(qū)動(dòng)傳感器已經(jīng)成為一種強(qiáng)大的技術(shù)。作為最重要的TENG類型之一，基于液-固界面的TENG可用于收集水波能量和其他應(yīng)用，例如自供電pH計(jì)、濃度或壓力傳感器。研究人員提出并探索了一系列用于收集水波能量和傳感的液固界面摩擦納米發(fā)電機(jī)(LS-TENG)，可收集由液-固界面產(chǎn)生的靜電能。此外，還研究了類似浮標(biāo)的LS-TENG和水槽式LS-TENG，以有效地收集水波能量。U形LS-TENG作為自供電多功能傳感器，其中復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)化成壓力和電信號(hào)。因此，液-固界面摩擦納米發(fā)電機(jī)具有很大的潛力，可用作智能海工裝備的高靈敏度波浪傳感器。
【成果簡介】
近日，美國佐治亞理工學(xué)院王中林院士(通訊作者)等提出并系統(tǒng)地探究了一種基于液固界面摩擦納米發(fā)電機(jī)的高靈敏度波浪傳感器，并在Nano Energy上發(fā)表了題為“A highly-sensitive wave sensor based on liquid-solid interfacing triboelectric nanogenerator for smart marine equipment”的研究論文。上述波浪傳感器由銅電極、覆蓋具有微結(jié)構(gòu)表面的聚四氟乙烯膜制成。作者系統(tǒng)地研究了傳感器基底、波高、頻率和鹽度對(duì)波浪傳感器輸出性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輸出電壓隨波浪高度呈線性增加。
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