16、水下机器人群体：挑战与机遇

水下机器人群体：挑战与机遇

1 水下机器人发展趋势与关键问题

在未来几十年，水下传感将发生重大变革。随着分散传感设备的可行性不断提高，多点传感系统有望首次为海洋深处提供时间上一致的观测视角。海洋科学和海洋工程应用也将逐渐从昂贵、大型的单单元系统向廉价、小型的多设备系统转变，这与计算机行业从大型主机向大量微型控制器的转变类似。

水下机器人技术是实现真正自主机器人最具挑战性的领域之一，同时也是大规模群体机器人技术的重要应用领域。在水下环境中，快速多点测量、大面积测量和精确测量之间存在严格的权衡，而分布式移动传感解决方案是实现这些目标的关键。与空中应用相比，水下环境由于空间大、信号衰减严重等物理限制，情况明显不同。

水下机器人群体有两个重要的研究领域：一是需要能够有效支持群体控制的定位系统；二是在大型群体中实现高效、稳健的大范围通信。在这两个领域中，系统必须在大量水下航行器组成的群体中保持运行，并且在与水面系统完全断开连接的情况下也能正常工作。

2 多机器人集群的优势与应用

随着水下机器人技术的发展，水下航行器的自主性显著提高，使得更小的自主水下航行器（AUV）得以制造和部署。这大大减少了运输、部署和回收的时间和成本，并且可以在相同或更低的成本和工作量下使用更多的AUV执行任务。

多个合作的水下机器人的概念应运而生，它结合了水下机器人技术和分布式传感器网络的专业知识。多个小型自主机器人协作和共享信息可以提高可靠性，增强对任务数据丢失的鲁棒性。此外，小型AUV群体不仅能提高测量效率，还能实现一些以前无法完成的任务，如在多个位置动态同时获取水体的时空测量数据、协同搜索、羽流跟踪和梯度跟踪等。因此，群体概念并非要取代大型AUV，