去年 11 月，Liquid Robotics 在旧金山海岸附近部署了四台全新 Wave Glider 机器人，希望能创造历史并从中学习。其中两台机器人将前往日本，另外两台则前往澳大利亚，每个目的地约 9,000 海里。这将是任何自主航行器最长的一次旅程，一次缓慢而稳定的横跨整个太平洋的航行，沿途将收集并传输高分辨率的海洋学和大气数据，途中仅在夏威夷进行短暂的维护检查——如果它们能到达那里的话。
于是，Liquid Robotics 的工程师们将他们的机器人投入波涛汹涌的海水中，并将它们放飞，正如其他人一样，他们也不确定机器人能否在横跨太平洋的过程中，经受住他们肯定会遇到的天气、海浪和野生动物的考验。毕竟，那里有鲨鱼。巨大的海浪和狂风。那里有大量的海水，海水本身就是对机械系统造成破坏和干扰的力量。然而，在下水大约一年后，名为“Papa Mau”的 Wave Glider 成功绕过大堡礁，并于上周抵达澳大利亚昆士兰州海岸，距离出发地已是半个地球，虽然有些磨损。
“海洋表面对设备的折磨程度令人惊叹。”请不要忽视这个里程碑故事的重要性。Papa Mau 和其他三台仍在向目的地航行的 Wave Glider 机器人无疑做出了开创性的事情，但与大多数首次航行一样，这次航行很快就会被后续航程的影响所掩盖。Liquid Robotics 的目标是证明其 Wave Glider 机器人能够花费数月甚至一年时间在海洋中航行，在不间断（除了那次短暂的夏威夷停留）的情况下回传数据。在回答了技术是否能够胜任这项任务的关键问题后，Liquid Robotics 现在可以着手解决一个更广泛的问题：我们接下来想了解什么？
“我们一直认为这种横跨海洋的航行是可能的，而且我们设计这个平台就是为了实现它，”Liquid Robotics 运营高级副总裁 Graham Hine 说。“但是真正实现从北半球到南半球 9,000 英里的旅程，这才是这个平台的挑战目标。只要海洋中有波浪，依靠波浪的动力就应该是持续不断的，但证明硬件确实能够承受下来，这才是此次技术演示中最重要的部分。”
对于不了解 Wave Glider 的人，这里简单介绍一下：Wave Glider 是第一种完全依靠海洋波浪获得推进力的无人自主海上机器人。该系统由两部分组成：一个漂浮在水面上的浮体，以及一个连接在水面下约 23 英尺处的潜艇单元。Wave Glider 并不是将波浪能转化为电机动力或其他东西——其独特的结构允许它在每次波浪抬起浮体时获得一点前进的推力（此处有视觉解释）。它速度不快，但只要海洋在运动，机器人就会继续前进。
这使得 Wave Glider 非常适合各种科学任务，这些数据收集任务不需要快速移动，甚至不希望快速移动。浮体上的太阳能电池板可以为一系列仪器供电——在 Papa Mau 的情况下，这些仪器包括一个测量气温、气压和风速的天气站，以及一个记录波高、周期和方向的波浪传感器，一个能够测量叶绿素-a 的潜水氟化物计，以及一个也能测量水中溶解氧的 CTD（电导率、温度、深度）载荷。传感器包的设计并不是为了发现任何特定事物，而是简单地创建一个前所未有的数据集——每十分钟刷新一次，并上传到 Iridium 卫星网络——当 Papa Mau 艰难地穿越太平洋时。这基本上就是 Wave Glider 的全部理念：持续、不间断地收集海洋数据，如果可能的话，直到永远。
现在，继其成功的 9,000 海里 PacX（太平洋穿越）航行之后，这比一年前看起来更有可能了。虽然 Wave Glider 并不像鱼叉那样能切开水面——说实话，它看起来一点也不酷，就像一个覆盖着太阳能电池板的冲浪板拖着一个旧的模拟电视天线——但它提供了独一无二的能力，可以在海上无限期地停留，或者至少直到某个部件损坏。Liquid Robotics 的挑战在于确保不会出现任何损坏。但在茫茫大海中，很多事情都可能出错。
“海洋表面对设备的折磨程度令人惊叹，”Hine 说。PacX Wave Gliders 已经经受住了高达 25 英尺的巨浪、严酷的阳光照射、导致附近帆船失去桅杆的风暴，甚至还有海洋生物的好奇心。Papa Mau 的一个姐妹机器人之一在夏威夷停留期间，从它身上取下了一块鲨鱼牙齿——事实证明，Liquid Robotics 为机器人选择的保护漆颜色，在 Hine 访谈过的一些资深船长看来，被称为“咬我白”。
然而，尽管发生了一些意想不到的故障——Papa Mau 在澳大利亚航段的同伴行程速度明显比 Papa Mau 慢，其中一台驶往日本的机器人出现了转向故障——Wave Glider 正在证明它是 Liquid Robotics 所期望的那种坚固耐用的远洋平台。今年早些时候，一台为美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 在墨西哥湾验证天气监测能力而设计的测试 Wave Glider 在那里进行了长时间的停留。另一台 NOAA Wave Glider 在 10 月飓风桑迪登陆新泽西州海岸前，承受了飓风的全部威力。现在，Papa Mau 已经抵达陆地。
“当我在澳大利亚把 Papa Mau 从水里捞出来看它时，除了油漆有些褪色——这是可以预料的——以及一些藤壶的积累，整个系统几乎可以立即重新下水，”Hine 说。所有关键系统，包括太阳能电池板和电子设备，都完好无损，随时可以进行进一步部署。
PacX 航行不仅证明了 Wave Glider 的韧性，也证明了它作为科学数据收集平台的实用性。其长期的地表水和大气特征读数产生了前所未有的高分辨率数据集，Liquid Robotics 已将其免费发布在其网站上，供任何希望用于研究目的的人使用。PacX 航行已经产生了科学影响。例如，Papa Mau 穿越了赤道太平洋中一片巨大的藻华，长达 1,200 多英里，带回了关于浮游植物繁殖的大量数据，这些数据被认为会影响海洋生态系统和大气碳循环。通常，对这类藻华的研究是通过卫星从太空进行的。Papa Mau 将研究仪器直接置于其中，并在那里停留了数周。
事实上，Wave Glider 已经证明是收集海洋学数据的极佳解决方案，以至于 Liquid Robotics 正在寻找新的问题来解决，提供了一笔 50,000 美元的科研资助（由 BP 赞助），并为能够提出最具成效和创新性的机器人科学任务的研究团队提供为期六个月的 Wave Glider 使用权和支持人员（目前有五名决赛选手正在接受评审）。该公司希望这将确保 Wave Gliders 继续被用于前瞻性的科学研究。它还将确保在其他三台 PacX 机器人到达目的地后，Wave Gliders 能够积极地重新投入使用。
在那之后，Liquid Robotics 的 Wave Gliders 接下来会追求哪些雄心勃勃的里程碑尚不清楚。Hine 说，该公司一直在考虑一些想法，比如环绕南极洲航行、从北极到南极的旅行，或者模仿麦哲伦历史性的环球航行，但这些想法在象征意义上可能和科学意义上一样重要。Liquid Robotics 真正希望看到的是整个 Wave Gliders 组成的舰队，它们能够响应社会呼吁，更好地了解我们的海洋、我们的大气以及它们对地球气候的影响。
“我非常期待看到人们深入研究这些数据集，并找出如何将其应用于海洋科学，”Hine 说。“了解中层洋流的运动——这些是我们气候的主要驱动因素。我们收到一些人的建议，认为这些藻华很重要，值得了解，因为它们是重要的气候变量——它们呼吸并吸收二氧化碳。我认为更广泛的建议是，如果其中一次航行如此有趣，那么持续进行这些测量难道不会更有趣吗？”
这就是最终目标：一个由机器人传感器组成的海洋网络，将数据流持续传输回岸边，从而改进从气候和天气模型到海洋绘图、渔业管理再到商业航运效率的一切——本质上是提高我们对维持地球生命的海洋的了解和关系。这并非不可实现，正如 Papa Mau 所证明的，这项技术今天就已存在。“与海上船只相比，部署几台机器人到水中非常便宜，而且你可以获得极其有趣且相关的重要科学数据，”Hine 说。“这可以帮助我们了解我们的世界。”
