刊登日期 : 11/02/2022
2022北京冬奥会正进行得如火如荼，中国健儿在各项目中捷报频频，表现相当出色！今届冬奥除了比赛精彩之外，事前的传圣火和开幕式也是别出心裁，令人难忘！在北京冬奥开幕前，中国就完成了奥运历史上首次的机器人水底火炬传递，看到水底一幕“水火交融”的情景，不禁让人啧啧称奇！究竟中国是如何开创先河，实现机器人水底火炬传递呢？现在就为你解开谜题！
全球“首见”别开生面 北京冬奥用机器人水底传圣火
2月2日，在北京冬奥公园举行的2022年冬奥火炬传递活动中，由中科院沈阳自动化研究所牵头，联合北京动力机械研究所、广东智能无人系统研究院等联合研制的两台机器人实现了奥运史上首次机器人水下火炬接力，彰显了奥运与科技的完美结合。当天下午，盛载着冬奥圣火的火炬从254棒火炬手安国雨手中传给水陆两栖机器人，其后机器人“举”着点燃的火炬下水，并在水底和变结构机器人完成火炬传递，而后另一只机械臂伸出水面，再将冬奥圣火传给第255棒火炬手安香怡，顺利完成创举。
在科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项支持下，为实现机器人水底火炬传递，广东智能无人系统研究院（智能院）的相关课题组采用快速定制化开发技术，突破了水下机器人在复杂环境下的高精度悬停定位控制、冰面旋转全向运定等关键技术。
从承接任务、组建团队、系统研发到火炬成功传递，智能院仅用了半年多的时间便完成了两栖机器人控制系统的技术攻关，为水下机器人成功进行火炬传递奠定了坚实的基础，加上整个科研团队的合力攻关，终突破了冰水跨介质高适应性运动控制、复杂流场扰动的水下动态对准、水下机械臂厘米级精准作业、跨介质可靠燃烧组织等关键技术，研发出国际首支绿色清洁水空跨介质火炬，完美实现机器人水下高精度对接。
北京冬奥机器人水底传“圣火”难度高 科技助力实现“水火交融”
此次中国在国际上首次实现机器人水底火炬传递，点燃了人们对北京冬奥的热情，在向世界传递友谊与和平的同时，亦展现了中国日益进步的科技实力。
回顾奥运历史，火炬传递形式总是层出不穷，创意“爆灯”，像是2014年俄罗斯索契冬奥会就首创了火炬水下传递，2018年韩国平昌冬奥会则首创了机器人火炬手。而此次北京冬奥更是首创机器人水底火炬传递，难度非一般，过程中要克服机器人精准对接和水中燃烧的难题，可谓是极具挑战。
若想在复杂的水流环境下实现精准对接，火炬末端的定位精准度须持续保持在1厘米以内，这对机器人的动力稳定性要求很高，而水下推进器作为机器人火炬手的核心零部件，则起着至关重要的作用。
此次负责水底火炬传递的机器人配备尖端的水下推进器，当中应用了先进的磁性耦合驱动技术，大幅减少了推进器运行过程中的冲击与震动，同时动力电源与信号电源系统内部隔离，所有电器元件皆密封在一个密封舱内，减少了密封泄漏的危险，加上机、电、桨的融合设计和精密工艺使水下推进器的效率、噪声、功率密度等多项参数均达到了极致。凭着其高性能、高精度、推力大、体积小、重量轻等的技术优势，实现了机器人水底的精准对接。
除了精准对接之外，要实现水底火炬传递，最重要的是能让火在水中持续燃烧，当中如何“防水”和“补氧”至为关键。为此，机器人手持的并不是普通火炬，而是国际上首支无菸燃烧的“绿色清洁水空跨介质火炬”，其火炬燃烧器采用了专门的设计，通过物理结构和气动特性对火焰进行保护，从而在燃烧的火焰周围形成“气膜”般的气动防水罩，起到隔绝奥运圣火和水的作用，由于水不能直接接触到火焰，因此能令圣火顺利在水下燃烧。
而在“防水”之外，火焰是需要持续的“补氧”才能不灭，所以在机器人下水前已经为火种进行过补氧，让圣火下水后可以直接依赖氧气进行燃烧。然而，水下氧气条件不足，为保万无一失，此次的火炬燃烧器还自带了助燃剂，为奥运圣火在水下燃烧时补充足够的氧气。当中使用的是气态燃料，既避免了固体燃料燃烧时出现的烟雾污染，亦能令火焰同时在空气和水下两种介质中维持较长时间。在实现精准对接和防水保护后，北京冬奥终成功开创先河，首度完成了机器人水底传递火炬的科技成就。
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