为减少对海底的破坏，研究人员开发出一款海底开采机器人-技术圈

大数据文摘出品

来源：IEEE Spectrum

编译：朱科锦

一场关于深海命运的战斗正在酝酿之中。面积庞大的海洋底部富含各种金属资源，例如镍，铜，钴，锌。这些是制造电动汽车电池，太阳能电池板和智能手机的必备资源。

矿业公司已提议清理和开发广阔的海底区域，以促进金属需求高的技术的发展。海洋科学家和环保主义者则反对这样的计划，他们警告人类，这样的开采会对脆弱的生态系统造成巨大且可能永久的破坏。

Pietro Filardo是致力于寻求争论双方一个平衡点的技术开发人员之一。

他的公司，Pliant Energy Systems建造了看起来像黑色机械黄貂鱼的东西。其柔软的波纹状鳍片采用双曲线几何形状以进行波状运动，从而在水中推动滑板大小的设备。Filardo的团队正在纽约布鲁克林的通风海滨实验室工作，他们正在开发将机器人转变为配有抓爪的自主设备的工具和算法。

他们的目标是在不破坏珍贵栖息地的情况下从海底采出多金属结核（马铃薯大小的珍贵矿石）。

Filardo说：“一方面，我们需要用这些金属通电和脱碳。另一方面，人们担心我们将摧毁鲜为人知的深海生态系统。”他将深海采矿描述为Pliant机器人的“杀手级应用”，这对于初始阶段的小型企业的微创设计可能是有利可图的。

如何开采深海以及在何处开采最终取决于“国际海底管理局”（ISA），该组织由168个成员国组成。预计在10月，国际机构将采用一套统一的技术和环境标准，即《采矿法》，这可以为私人公司开始大面积开采海底铺平道路。

ISA已经向大西洋，太平洋和印度洋部分地区的承包商颁发了30个勘探许可证。超过一半的许可证用于勘探多金属结核，主要是在Clarion-Clipperton地区，这是夏威夷以南和墨西哥以西的热点地区。

自1970年代以来，研究人员已经在主要的国家水域测试了结核矿开采技术。现有的方法包括用液压吸泥机清扫海底，抽出沉积物，过滤出矿物质，并将剩下的泥浆倾倒在海洋或尾矿池中。在印度，美国国家海洋技术研究所正在制造一种带有大铲子的履带式运载工具以收集，压碎并将结核泵送到母船上。

采矿支持者说，这种技术对人类和环境的危害要小于危险的，有剥削性的陆上采矿方法。然而，海洋专家警告说，搅动沉积物并转移生活在结核上的生物可能会破坏数百万年生成的深海栖息地。

杜克大学环境学院教授Nicholas，深海生物学家Cindy Lee Van Dover表示：“我经常谈论的一件事是，‘如果我们破坏了坏境，该如何解决？我们怎么知道我们破坏了生态？’” 她认为我们应该进一步研究这种技术对海洋生态系统的潜在影响，毕竟海洋生态系统至关重要，它可以促进渔业发展，吸收二氧化碳并产生地球上大部分的氧气。

研究人员还需要大量工作才能将机器人转变为可以在海面以下6,000米处运行的金属收集器。

前Pliant工程师Daniel Zimmerman（右）和Michael Weaker致力于开发一个可开采河流和溪流能源的原型（Velox的前身）

Pliant的第一个原型机被称为Velox，它可以在游泳池和浅海“冲浪区”的深处航行。在Velox内部，板载CPU将功率分配给执行器，这些执行器驱动柔性鳍中进行起伏运动。与螺旋桨推进器不同，螺旋桨推进器使用快速旋转的叶片以高速移动小水流，而Pliant的起伏鳍片则以低速移动大量水流。Filardo说，通过利用水流庞大的表面积，机器人可以使用相对较少的电池输入来进行快速的操作，从而使设备可以运行更长的时间后才需要充电。

他补充说，这种设计还可以减少海底的沉积物，这在敏感的深海环境中具有潜在的优势。

Brooklyn 公司正在与麻省理工学院合作开发一种更大的下一代机器人，C-Ray。这种高度机动的装置会像海獭一样扭曲和滚动。通过使用金属探测器以及混合的摄像头硬件和计算机算法，C-Ray可能会被用于监视冲浪区，从而帮助该研究计划的美国海军排查潜在危害。

收集深海多金属结核的C-Ray机器人的概念图

他们的最终目标是部署通过“蜂巢式思维”进行通信的“大量”自主C-Ray，这些应用程序也将用于开采多金属结核。Pliant计划发射数百个配备抓爪的机器人，这些机器人会在海底漫游，并将结核放在笼子里，这些笼子会漂浮在充满气体的上升的包上。Filardo提出C-Ray还可以将结核与价值较低的宝石交换，从而使生物能够在海底生长。

意大利的一个单独项目也可能会产生用于拔除富含金属的球体的新工具。

SILVER2是一种六足机器人，它可以通过反复频繁地推动其腿部，而无需借助摄像头或激光，就能在黑暗而浑浊的海底周围摸索。

Sant'Anna高级研究学院生物机器人研究所助理教授 Marcello Calisti说：”我们先看一下螃蟹在水下做的事情。”他把这些动作比作是人们在水里行走并用沙子作为杠杆；或者是在平底河船上的用一根长木竿将船向前推进 “船夫”。

Calisti和他的同事把7月的大部分时间里都花在意大利里窝那的（ Livorno ）一个海边实验室里，他们在浅水中测试了20公斤重的原型。SILVER2配有可以像手掌一样包裹物体的柔软的弹性抓手。研究人员使用类似螃蟹的机器人在海床上收集塑料垃圾，并将碎屑存放在中央收集箱中。

尽管SILVER2并非用于深海采矿，但Calisti说，如果他的团队能够扩展该技术，他可以预见SILVER2在该领域的潜在应用。

对于像Pliant这样的开发商来说，他们筹集资金和实现采矿机器人的能力将在很大程度上取决于国际海底管理局的下次会议。反对海洋采矿的人士正试图暂停对《采矿法》的讨论，以使科学家有更多时间评估风险，并允许特斯拉或苹果等公司设计需要更少或不同金属零件的技术。这种监管上的不确定性可能会阻止投资者支持或许永远不会被使用的新采矿方法。

生物学家Van Dover说，她并不完全反对《采矿法》；相反，法规应包括严格的规定，例如监视环境影响并在发现损坏后立即停止运行的规定。她说：“我不明白为什么不能制定出不允许ISA犯错的条款。”