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美国深海漫游者机器人提供全新的海底景象资料

   与探测火星表面的“勇气号”和“机遇号”机器人不同,美国这款名为“深海漫游者(Benthic Rover)”的机器人顾名思义,是在深海海底工作。在今年7、8月大部分时间里,它都在加州海岸水面约40公里以下的海底泥泞中辛苦作业,为科学家们提供全新的海底景象资料。科学家们可以根据这些资料更准确的记录下气候变化对于深海生态系统的影响。
  由工程师艾伦那-谢尔曼和海洋生物学家肯-史密斯领导的MBARI项目团队,经过四年的时间,成功制造了这款“深海漫游者”机器人。其大小和重量类似一辆小型汽车,在海底以缓慢的速度移动,沿途拍摄下各种生物和沉积物的图像。而且每行走3-5米就会停下,对所在位置海底沉积物中的有机体系作一系列的测量记录。这种密集的测量方式将帮助科学家更准确地了解深海世界的最大奥秘—深海海底的生物如何找到足够赖以生存的食物的。
  科学家们发现,深海中大部分的生物都靠食用有机物碎屑为生。这些碎屑有一个很好听的名字—“海洋雪花”。它们从阳光可照射到的海洋表层慢慢沉积下坠到黑暗的海洋深处。但即使经过之前数十年的研究,海洋生物学家们还是一直无法弄清楚,这些“海洋雪花”中极为有限的营养物质如何能养活海底数目庞大的生物群体。
  “深海漫游者”机器人携带着两枚名为“海底呼吸计”的气体浓度测量设备,可以插入海底沉积物以下数厘米,测量沉积物下有机生物群对于氧气的消耗量。科学家可以利用该数据进一步计算出这些有机生物的食物需求量。同时,机器人携带的光学传感器可以扫描海底,并测量来自上层水面 “海洋雪花”的数量。
  从2005年起,MBARI项目小组的研究人员就在不断致力于“深海漫游者”机器人的研发和制造,过程中也遇到了不少问题。其中最大的挑战是,如何可以让机器人承受深海420千克力/平方米的巨大压强。为此,工程师不得不特别打造钛制耐压球来保护机器人的核心电子元件和电池。此外,为了避免机器人太重而陷入海底柔软淤泥中,工程师采用了大块的黄色抗压泡沫块来提供浮力。有了这些泡沫块,在空气中的重量约1400公斤的机器人在水中的重量仅为45公斤。
  而其他一些问题并没有利用高科技的解决方案。比如在构建类似拖拉机履带的传送带时,设计小组采用了普通的商用传送带。然而,研究人员在试验中发现机器人在海底行驶时,传送带会粘上泥土,弄脏科学测量仪器。为此,研究小组人员提出了一个低成本低技术含量但行之有效的解决方案:在机器人前端安装两个旋转扫帚,这样就可以帮助清理履带上的泥土。
  研究小组还发现,机器人行驶过程中会激起海底沉积物,尘土飞扬混淆视线,有可能影响测量工作。为了降低误测的风险,工程师为机器人编写了一套特别的程序,让它行动极为缓慢——约1米/分钟。此外,机器人还能感应水流的方向,会自动顺着水流方向前行,这样就能有效避免激起的泥灰影响工作。
  虽然“海底漫步者”的大部分基础配件都可依靠电池供电,可以完全独立行驶,不过,在这个夏天一个多月的漫长旅途中,机器人通过一条长长的延伸线与新建的海底观测站相连。该观测站名为“蒙特里加速研究系统(MARS)”,可以为机器人提供电力,同时扮演数据中转站的角色,将来自机器人的测量数据高速传输到研究人员手中。
  工程师谢尔曼回忆道:“这开辟了一个全新的互动新体验。我们可以从观测站迅速获取来自机器人的大量数据信息,其中包括静态图像、实时视频以及各种测量数据。周末我就在家里的厨房桌上,用笔记本电脑遥控着水面以下900米处的机器人,并观看传输回来的实况视频,这真是太神奇了!”
  今年秋季,“深海漫游者”机器人将被再次送回到深海,在蒙特雷湾海底进行为期两个月的海底观测。该小组还计划明年能带着它去往中加州离岸220公里的观测站点,在4000米深的海底开展为期半年的测量工作。此外,小组人员还希望可以有机会把机器人带到南极洲,探索那里独特的海底生态系统。

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