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水下機器人實現自主深海采礦,能否商用成為疑問

時間:2020-09-03 來源:機器人在線 閱讀:5544

Pliant的Velox原型使用起伏的鰭片以低速移動大量水。


一場關于深海命運的戰斗正在醞釀之中。大量的海底富含鎳,銅,鈷,鋅等金屬,這些金屬是制造電動汽車電池,太陽能電池板和智能手機的關鍵。礦業公司已提議搜刮并吸塵黑暗的廣闊區域,以提供金屬密集型技術的補給品。海洋科學家和環保主義者反對這樣的計劃,認為這會對脆弱的生態系統造成巨大且可能永久的破壞。


Pietro Filardo是致力于尋找共同點的技術開發人員之一。


他的公司Pliant Energy Systems建造了看起來像黑色機械黃貂魚的機器人。它柔軟的波紋鰭片采用雙曲線幾何形狀,以行進的波浪形運動,從而將滑板大小的設備推入水中。Filardo的團隊正在紐約布魯克林的通風海濱實驗室中開發工具和算法,以將機器人轉變為配備有夾具的自動裝置。他們的目標是在不破壞珍貴棲息地的情況下,從海底采出多金屬結核(馬鈴薯大小的珍貴礦石)。



“一方面,我們需要這些金屬。另一方面,人們擔心我們將摧毀深海生態系統?!?他將深海采礦描述為Pliant機器人的“殺手級應用”。


如何開采深海以及在何處開采最終取決于國際海底管理局(ISA),該組織由168個成員組成。預計在10月,政府間機構將發布一套廣泛的技術和環境標準,即《采礦法》,這可能為私人公司進入大面積海底鋪平道路。?


ISA已經向大西洋,太平洋和印度洋部分地區的承包商授予了30份勘探許可證。超過一半的許可證用于勘探多金屬結核,主要是在克拉里昂-克利珀頓區(Clarion-Clipperton Area),這是夏威夷以南和墨西哥以西的熱點地區。


自1970年代以來,研究人員已經在主要的國家水域測試了結核礦開采技術?,F有的方法包括用液壓吸泥機清掃海底,以抽出沉積物,過濾出礦物質,并將產生的泥漿傾倒在海洋或尾礦池中。在印度,美國國家海洋技術研究所正在制造一種“履帶式”運載工具,該運載工具具有一個大勺子,可以收集,壓碎并將結節泵送到母船上。


采礦支持者說,這種技術對人類收益極大,屬于剝削性的陸上采礦方法。但是海洋專家警告說,攪動沉積物并轉移生活在結節上的生物可能會破壞深海棲息地,而這需要數百萬年的時間才能恢復。?


杜恩大學尼古拉斯環境學院教授,深海生物學家辛迪·李·范·多佛(Cindy Lee Van Dover)說:“我經常談論的一件事是,'如果我們將其破壞,該如何解決?“。她說,需要做更多的研究來了解對海洋生態系統的潛在影響,海洋生態系統可以促進漁業發展,吸收二氧化碳并產生地球上大部分的氧氣。


還需要進行大量工作才能將機器人轉變為可以在海面以下6,000米處運行的金屬收集器。


前Pliant工程師Daniel Zimmerman(右)和Michael Weaker致力于開發一個原型,該原型利用河流和溪流(Velox的前身)的能量。


Pliant的第一個原型稱為Velox,可以在游泳池和淺?!皼_浪區”的深處航行,波浪將其沖入沙灘。在Velox內部,板載CPU將功率分配給執行器,這些執行器驅動柔性散熱片中的起伏運動。與螺旋槳推進器不同,螺旋槳推進器使用快速旋轉的葉片以高速移動少量水流,而Pliant的波浪狀鰭片則以低速移動大量水。Filardo說,通過利用水的大面積,機器人可以使用相對較少的電池輸入來進行快速的操作,從而使設備可以運行更長的時間。?


他補充說,這種設計還可以減少海底的沉積物,這在敏感的深海環境中具有潛在的優勢。


布魯克林公司正在與麻省理工學院合作開發一種更大的下一代機器人C-Ray。這種高度機動的設備會像水獺一樣扭曲和滾動。通過使用金屬探測器以及照相機硬件和計算機算法的混合,C-Ray可能會被用于監視沖浪區。


收集深海多金屬結核的C射線機器人的概念圖。


合作伙伴的最終目標是部署通過“蜂巢式思維”進行通信的“大量”自主C射線,這些應用程序也將用于開采多金屬結核。Pliant計劃發射數百個配備抓爪的機器人,這些機器人會在海底漫游,并將結節放在籠子里,這些籠子會漂浮在充滿氣體的提包上。菲拉爾多建議,C射線還可以將結節與價值較低的石頭交換,從而使生物能夠在海底生長。


意大利的一個單獨項目也可能會產生用于拔除富含金屬的球體的新工具。


SILVER2是一種六足機器人,通過反復頻繁地推動其腳部,無需借助攝像頭或激光,即可在黑暗而渾濁的海底周圍摸索。


水下SILVER2機器人



卡利斯蒂和他的同事們在7月的大部分時間里都在意大利那的一個海邊實驗室里,在淺水中測試了20公斤重的原型。SILVER2配有柔軟的彈性抓手,可以輕輕包裹物體,就像將它們托在手掌中一樣。研究人員使用類似螃蟹的機器人在海床上收集塑料垃圾,并將碎屑存放在中央收集箱中。


盡管SILVER2并非用于深海采礦,但Calisti表示,如果他的團隊能夠擴展該技術,他可以預見該領域的潛在市場。


對于像Pliant這樣的開發商來說,他們籌集資金和實現采礦機器人的能力將在很大程度上取決于國際海底管理局的下次會議。 反對海洋采礦的人士正努力暫停對《采礦法》的討論,以使科學家有更多時間評估風險。 小號 UCH監管的不確定性可能會從支持新的采礦勸阻投資者接近,可能永遠不會被使用。

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