大海辽阔而深邃，或惊涛骇浪，或冰层覆盖，蕴藏着丰富的资源和无穷的奥秘，然而卫星只能观测到大海表面，从舰船上吊放仪器测量海水的传统方式，效率低、耗费大，船员和科学家既辛苦又历险。随着科学技术的发展，水下机器人正在海洋研究和开发中发挥越来越重要的作用。自主水下航行器——AUV (Autonomous Underwater Vehicle) 是是智能化海洋观测的先锋。4月16日，麻省理工学院海洋工程博士，美国加利福尼亚州蒙特瑞海洋研究所高级研究员，美国电气电子工程师协会 (IEEE) 高级会员张燕武做客“大学城新论·名家讲座”，为读者们打开海洋探索的大门，带领大家进入AUV的世界，展望智能化海洋观测的未来。
讲座伊始，张博士说，地球表面71%是海洋，然而人类对深海的了解还不如对月球表面的了解，这主要是缘于有限的探测手段。对海洋的探测主要是用于研究海洋生态系统、气候的变化，海洋资源的探索等方面，然而海域研究十分困难，大海存在着许多潜在的危险，目前也有太多的技术难关。
蒙特瑞海洋研究所的创始人David Packard（惠普创始人之一大卫·帕卡德）提出研究所的目标就是“Send instruments to sea, not people. Return information to shore, not samples.”也就是要用机器人代替人下海，以避免未知的危险；同时做到原位检测，而无需采集水样。这两点一直是海洋工程科研人员迫切奋斗的目标。经过20多年的艰辛，自主水下航行器——AUV从少量研制到成熟运行，逐渐成为探索海洋的一支生力军。AUV不载人，不拖带电缆，投放入水后即自主航行，真正入无人之境。但是观测还是需要采集样品进行分析，再返回信息。
研究所建立了The Monterey Accelerated Research System (MARS)海底观测站，这是一种新兴的研究手段，可以观测离海岸约50公里的约900米深的水域情况，缺点是地点固定。同济大学、中国海洋大学、上海交通大学等学校于2011年在MARS建立了中国海洋科学的节点。目前海底观测网的发展方向是固定平台和移动平台的结合运用，Autonomous Ocean Sampling Network (AOSN)就是将飞机、水面舰只、水下移动平台、AUV等结合起来，建立了一个可以观测水面信息及水的化学信号、生物信号等的海洋观测平台。
对于具体的海洋研究，张博士深入浅出地讲解了AUV在海洋上升流系统（Monterey Bay Upwelling System）中的应用。上升流指的是春夏时，由于风力和地球自转的共同作用，海洋的表面谁离岸而去，深层水被带上水面，温度较低，且包含有丰富的营养盐，是海洋浮游植物的营养来源，对于海洋生态系统的研究意义重大。
上升流系统包括上升流区域、分层区和中间的边界面（即峰面），峰面很窄，难以人工观测，也难以人工划分和定义，是海洋研究的难点之一。另外一个难点则是浮游生物薄层的观测。这里，张博士主要讲解了MBARI Dorado AUV实现各区域采样的原理。MBARI Dorado AUV一秒之内可以采得两公斤的水样，称为“Gulper”，一台MBARI Dorado AUV有十个“Gulpers”，也就是可以采集十个水样。它通过一个称为“滑窗”的算法来进行水体类别的分辨，避免了信号的延迟，从而精确地采集浮游生物薄层的水样，用于海洋生物学研究，此手段被海洋生物学家戏称为海洋生态的“外科手术”。另外，它通过温度的水平梯度变化来分辨上升流区、峰面区和分层区，并且他可以根据峰面区的漂移来调整自己的方向，从而达到跟踪的目的。此外，张博士还简单介绍了一种长程的AUV——Tethys Long-Range AUV，它的优点是可以长程长时跟踪，而且由于是完美的流线型设计，阻力相当小。AUV主要通过漏斗状的水下的停靠站（Docking Station）来进行充电。
在最后的提问环节中，张燕武博士热情地解答了读者们的问题，并对读者提出问题的深度和建设性表示了极大的肯定。讲座结束后，许多读者争相与张博士交流心得，久久不肯离去。 （特约通讯员：胡学佳）
讲座课件：
进大海探索，入无人之境.pdf
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