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由于基础设施、培训和海上海洋学研究的体能要求等方面的障碍，大多数人在很大程度上仍然无法进行深海科学探索。
现在，一个新的、创新的海洋学研究框架为岸上科学家、公民科学家和公众提供了一种无缝观察和控制机器人采样过程的方法。
远程协作的共享自主权(SHARC)框架“使远程参与者能够进行船上操作和控制机器人操纵器”——比如远程操作车辆(rov)——“只使用基本的互联网连接和消费级硬件，而不考虑他们之前的驾驶经验。”
这是发表在《科学机器人》(Science Robotics)杂志上的一篇题为《通过共享远程操作自主权加强对深海的科学探索》的论文的结论。该框架是由伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)、麻省理工学院(MIT)和芝加哥丰田技术研究所(TTIC)的一个研究小组开发的。
股票框架可以实现多个远程操作员之间的实时协作，他们可以通过简单的语音和手势发出目标导向的命令，同时戴上直观的三维虚拟现实眼镜Nal工作区表示。
通过SHARC，“我们可以向公民科学家开放深海探索的操作方面，无论他们是教室里的孩子还是由于后勤或物理要求而无法在船上出现的人，”该项目的首席研究员和WHOI应用海洋物理与工程系的科学家理查德卡米利说。“公民科学家可以在虚拟世界中与ROV的机械操纵臂互动，有点类似于科幻小说《星际迷航》中联邦星际飞船上使用的‘全息甲板’全息系统。”
SHARC可以实现人机交互——有时被称为共享自主——基于机器人和人类操作员的互补优势，在他们之间分配责任。例如，机器人可以处理运动学、运动规划、避障和其他低级任务，而人类操作员则负责高级场景理解、目标选择和任务级规划。此外，SHARC允许并行而不是顺序操作。
卡米利说:“我们只要给机器人设定目标，它就会找到解决方案。”“人和机器人可以一起合作，我们不需要等待一件事发生，然后再做下一件事。当机械臂执行任务时，我们可以专注于下一个目标。”
2021年9月，在新冠肺炎疫情最严重的时候，科学家成功测试了SHARC。在东太平洋圣佩德罗盆地的一次海洋考察中，SHARC团队成员在数千公里外使用SHARC的虚拟现实和桌面界面操作WHOI的neeid Under Ice (NUI)混合ROV。
该团队成员分别位于芝加哥、波士顿和伍兹霍尔，他们共同收集了一个物理推核样本，并在水深超过1000米的地方记录了海底微生物垫和沉积物的x射线荧光测量结果。
“这篇论文确实强调了共享自治的潜力，有助于实现深海的民主化，”主要作者艾米·彭(Amy Phung)说，她是麻省理工学院- whoi海洋学/应用海洋科学与工程研究生学位课程联合项目的学生。Phung是在2021年SHARC测试期间操作NUI车辆的科学家之一。
“有了SHARC，我们的海岸团队能够从4000多公里外收集海底样本，而无需专门的硬件或广泛的事先培训。在未来，我相信机器人技术和自主研究的进一步发展有朝一日可以使岸上的科学家，学生和爱好者积极参与并为深海勘探行动做出贡献，这反过来可以帮助培养公众的海洋素养，“Phung补充道。
“无论是在陆地、空中还是海洋上，目前大多数机器人的操作方式都有两种截然不同的方式:完全自主或由训练有素的飞行员进行完全远程控制，后者是水下操作等涉及机器人与环境之间复杂互动的标准设置。”这篇论文描述了一个新的框架，使机器人能够在这两个极端之间运作，以一种利用机器人和人类互补能力的方式，”TTIC副教授马修·沃尔特(Matthew Walter)说。
Walter目前也是WHOI的客座研究员;此前，他是麻省理工学院- whoi联合项目的学生。他解释说:“SHARC允许几乎没有受过训练的人在飞行员的监督下，在舒适的家中和办公室里，通过语音和虚拟现实的结合，使用深海机器人执行复杂的任务，反过来，有望重新定义我们如何将机器人用于海洋科学和工程。”
此外，SHARC不依赖于特定类型的ROV、机械臂或其他因素。Camilli说:“我们可以将相同的SHARC技术应用于完全不同的机械臂和车辆，在完全不同的环境中使用。”SHARC框架“灵活且与硬件无关”。
Camilli补充说:“通过使用SHARC框架在深海进行科学勘探，这是一个非常具有挑战性和非结构化的环境，它强调了这项技术可以转移到许多不同的操作环境中，也可能包括海底科学基础设施维护，深空操作，核退役，甚至未爆炸弹药修复。”
更多信息:Amy Phung等人，通过远程操作共享自主权加强对深海的科学探索，Science Robotics(2023)。DOI: 10.1126 / scirobotics。期刊信息:Science Robotics
由伍兹霍尔海洋研究所提供
引用:新
框架使人机交互能够更广泛地访问深海科学探索(2023年，8月24日)
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