水下傳遞的創意是如何產生的？兩名機器人“火炬手”是如何研制出的？

2月4日，北京冬奧會在國家體育場“鳥巢”舉行開幕式，當主火炬隨著“大雪花”造型的火炬臺緩緩升起時，現場發出陣陣驚嘆。此前，2月2日至4日，冬奧會火炬已在北京、延慶、張家口三個賽區進行傳遞，給人留下難忘的時刻。這其中就包括在北京冬奧公園，兩名特殊“火炬手”共同完成的奧運史上首次機器人水下火炬傳遞。

水下傳遞的創意是如何產生的?兩名機器人“火炬手”是如何研制出的?日前，項目團隊科研人員、來自廣東智能無人系統研究院的劉鑫宇博士接受了南方日報記者專訪。

創意

火炬傳遞、冰雪運動

融入科技元素

2月2日，在北京冬奧公園，當水下變結構機器人“手持”燃燒的火炬浮出水面時，現場爆發出熱烈掌聲。此時，劉鑫宇和團隊其他同事終于松了一口氣。“機器人每走一步，我們都屏氣凝神，非常緊張，就像在看自己的孩子一樣。”他說。

由廣州市、南沙區和中國科學院沈陽自動化研究所共建的廣東智能無人系統研究院成立于2019年，是專注于無人系統技術創新和發展的新型研發機構。去年4月，研究院加入國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項。在該專項支持下，由中科院沈陽自動化研究所牽頭，北京動力機械研究所、廣東智能無人系統研究院等單位聯合開展了水下傳遞火炬機器人的研發。

劉鑫宇介紹，多機器人跨域火炬傳遞的創意最初是由中科院沈陽自動化所副所長、廣東智能無人系統研究院副院長李碩提出的，而水下火炬傳遞是其中最精彩的部分。

“火炬接力是奧運會不可缺少的環節，將機器人技術與火炬接力相結合，體現著人類科技、文明與智慧的進步，更能彰顯‘科技奧運’的內涵，更能將奧林匹克的格言‘更快、更高、更強——更團結’與機器人未來的發展緊密融合。”李碩介紹，中科院沈陽自動化研究所在機器人研究方面處于國內領先水平，基于多年的技術積累，團隊提出了“多機器人跨域火炬傳遞”方案，實現空中、地面、水下和冰雪面等機器人間的跨域傳遞，將火炬接力、冰雪運動與科技元素相結合，不僅可以展示我國在機器人領域的技術實力，還可以在冬奧會的舞臺上將科技的火種傳遞給青少年。

研發

攻堅克難

冰面上搭起試驗帳篷

去年6月，研發項目正式啟動，此時距離冬奧會開幕僅剩下大約8個月。“這段時間不僅要完成研發和加工，還要預留足夠的時間進行排練，時間是非常緊張的。”劉鑫宇說。

最讓劉鑫宇難忘的，是團隊轉場遼寧，在冰面上搭建試驗帳篷進行測試的那段經歷。元旦前夕，機器人加工順利完成，火炬傳遞日期臨近，需要馬上進行可靠性測試。但當時北京的湖面才剛開始結冰，測試條件受到限制。怎么辦?團隊在緊急協商后，馬上轉移至遼寧撫順的大伙房水庫，在冰面上搭建起帳篷進行試驗。

“那里溫度更低，冰很厚，我們克服巨大挑戰，首次實現冰下的火炬接力成功，團隊興奮不已。”劉鑫宇說。然而，在回到北京冬奧公園測試時，卻發現由于冰層較薄，機器人噴出的水流竟將冰融化了，這就對機器人在冰面的行進造成嚴重干擾。

為解決這一難題，團隊又設計出新的傳遞方案，加緊搭建了固定在浮臺上的入水洞口和跑道。“為完成新方案的測試，大家站在冰水中頂著寒風固定跑道，這種感覺終身難忘。”劉鑫宇說。

攻關

跨越“防水”“補氧”

多種技術難關

“冰下開展機器人與機器人的精準對接與水下點火，既是機器人跨域火炬傳遞最大的亮點，也是最大的難點，其難度堪比太空艙對接。”“科技冬奧”重點專項“多機器人跨域火炬傳遞技術研究與系統示范應用”項目負責人田啟巖博士在接受媒體采訪時說。

難點之一，是如何讓火在水下燃燒。據了解，“防水”和“補氧”是兩個最重要的因素。“防水”，即保護點火源，火種被放置在一個“筒”狀的“空腔”中，燃燒的火焰周圍包裹了一層“氣膜”一樣的氣動防水罩，給火制造“無水環境”;而“補氧”則是克服水下氧氣不足，火炬燃燒器自帶助燃劑，為奧運圣火燃燒補充足夠的氧氣。

劉鑫宇介紹，用于傳遞的特種火炬是由項目團隊中的中國航天科工31所研制的。“科研人員在機器人里布置了很多特殊的氣瓶、管路和電子控制設備，而廣東智能無人系統研究院的任務，則是確保這些設備都能按照正確的流程在合適的時機開啟或關閉，從而保證火炬在水下有足夠溫度和氧氣維持燃燒。”他舉例說，火炬從水面入水的那一刻，燃燒狀態發生改變，只有做好控制系統的設計，才能防止火焰被水撲滅。

兩型機器人在水下對接點火，是此次任務的另一大難點。

“水下環境復雜，傳感器使用受限，難以實現較好的定位和通信。而火在水下點燃時，由于奧運圣火溫度較高，會出現爆燃現象，很容易導致火被撲滅，因此，兩個火炬要對接成功，必須要在1—2秒的時間里將控制精度限制在厘米范圍內。”劉鑫宇介紹。此外，水流作用也給機器人的精準定位帶來很大困難。為了破解這些難題，整個團隊通力合作、協同攻關，共開展了近百次的測試，確保萬無一失。

“元旦、除夕我們都堅守在科研崗位上，當看到我們的機器人最終站在火炬傳遞的舞臺上，創造了奧運史上的‘首次’，我們的內心非常激動，感到一切付出都是值得的。”劉鑫宇說。

責任編輯：Rex_08