浩瀚的海洋蘊藏著人類社會發展所需的各種資源，向海洋拓展是我們的必然選擇。海洋作為地球上最大的生態系統不僅調節著全球氣候變化，而且為人類提供蛋白質、水和能源等生產資料支撐全球的經濟發展。我們曾經認為海洋在維持地球生態系統平衡方面具備無限的潛力，能夠修復人類發展對環境造成的傷害。但是，近年來的研究表明，人類社會的生產和生活會造成海洋健康狀況的退化。因此，我們需要更多地了解和認識海洋，評估海洋的健康狀況，避免對海洋的再生能力造成破壞性影響。

        我國既是幅員遼闊的陸地國家，也是廣袤的海洋國家，大陸海岸線約1.8萬千米，內海和邊海水域面積約470萬平方千米。深邃寬闊的海域內潛含著的豐富資源為中華民族的生存和發展提供了必要的物質基礎。我國的洪澇、干旱、臺風等災害天氣的發生與海洋密切相關，海洋與我國的生存和發展密不可分。

　　黨的十八大報告明確提出：“要提高海洋資源開發能力，發展海洋經濟，保護海洋生態環境，堅決維護國家海洋權益，建設海洋強國?！秉h的十九大報告明確提出：“堅持陸海統籌，加快建設海洋強國?！闭J識海洋、開發海洋需要包括海洋機器人在內的各種高新技術和裝備，海洋機器人一直為世界各海洋強國所關注。

　　關于機器人，蔣新松院士有一段精彩的詮釋：機器人不是人，是機器，它能代替人完成很多需要人類完成的工作。機器人是擬人的機械電子裝置，具有機器和擬人的雙重屬性。海洋機器人是機器人的分支，它還多了一重海洋屬性，是人類進入海洋空間的替身。海洋機器人可定義為在水面和水下移動，具有視覺等感知系統，通過遙控或自主操作方式，使用機械手或其他工具，代替或輔助人去完成某些水面和水下作業的裝置。

　　海洋機器人分為水面和水下兩大類，在機器人學領域屬于服務機器人中的特種機器人類別。根據作業載體上有無操作人員可分為載人和無人兩大類，其中無人類又包含遙控、自主和混合三種作業模式，對應的水下機器人分別稱為無人遙控水下機器人、無人自主水下機器人和無人混合水下機器人。

　　無人水下機器人也稱無人潛水器，相應有無人遙控潛水器、無人自主潛水器和無人混合潛水器。通常在不產生混淆的情況下省略“無人”二字，如無人遙控潛水器可以稱為遙控水下機器人或遙控潛水器等。

　　世界海洋機器人發展的歷史大約有70年，經歷了從載人到無人，從直接操作、遙控、自主到混合的主要階段。加拿大國際潛艇工程公司創始人麥克法蘭，將水下機器人的發展歷史總結為四次革命：第一次革命出現在20世紀60年代，以潛水員潛水和載人潛水器的應用為主要標志;第二次革命出現在70年代，以遙控水下機器人迅速發展成為一個產業為標志;第三次革命發生在90年代，以自主水下機器人走向成熟為標志;第四次革命發生在21世紀，進入了各種類型水下機器人混合的發展階段。

　　我國海洋機器人發展的歷程也大致如此，但是我國的科研人員走過上述歷程只用了一半多一點的時間。20世紀70年代，中國船舶重工集團公司第七〇一研究所研制了用于打撈水下沉物的“魚鷹”號載人潛水器，這是我國載人潛水器的開端。1986年，中國科學院沈陽自動化研究所和上海交通大學合作，研制成功我國第一臺遙控水下機器人“海人一號”。90年代我國開始研制自主水下機器人，“探索者”、CR-01、CR-02、“智水”系列等先后完成研制任務。目前，上海交通大學研制的“海馬”號遙控水下機器人工作水深已經達到4500米，中國科學院沈陽自動化研究所聯合中國科學院海洋研究所共同研制的深?？瓶夹蚏OV系統最大下潛深度達到5611米。近年來，我國海洋機器人更是經歷了跨越式的發展。其中，“海翼”號深?；铏C完成深海觀測;有標志意義的“蛟龍”號載人潛水器將進入業務化運行;“海斗”號混合型水下機器人已經多次成功到達萬米水深;“十三五”國家重點研發計劃中全海深載人潛水器及全海深無人潛水器已陸續立項研制。海洋機器人的蓬勃發展正推動中國海洋研究進入“萬米時代”。

　　水下機器人的作業模式各有長短。遙控模式需要操作者與水下載體之間存在臍帶電纜，電纜可以源源不斷地提供能源動力，但也限制了遙控水下機器人的活動范圍;由計算機操作的自主水下機器人代替人工操作的遙控水下機器人雖然解決了作業范圍受限的缺陷，但是計算機的自主感知和決策能力還無法與人相比。在這種情形下，綜合了遙控和自主兩種作業模式的混合型水下機器人應運而生。另外，水面機器人的引入還促成了水面與水下混合作業的新模式，水面機器人成為溝通水下機器人與空中、地面機器人的通信中繼，操作者可以在更遠的地方對水下機器人實施監控。

　　與水下機器人和潛水器對應的英文分別為underwater robot和underwater vehicle，前者強調仿人行為，后者意在水下運載或潛水，分別視為“人”和“器”，海洋機器人是在海洋環境中運載功能與仿人功能的結合體。應用需求的多樣性使得運載與仿人功能的體現程度不盡相同，由此產生了各種功能型的海洋機器人，如觀察型、作業型、巡航型和海底型等。如今，在海洋機器人領域robot和vehicle兩詞的內涵逐漸趨同。

　　信息技術、人工智能技術特別是其分支機器智能技術的快速發展，正在推動海洋機器人以新技術革命的形式進入“智能海洋機器人”時代。嚴格地說，前述自主水下機器人的“自主”行為已具備某種智能的基本內涵。但是，其“自主”行為泛化能力非常低，屬弱智能;新一代人工智能相關技術，如互聯網、物聯網、云計算、大數據、深度學習、遷移學習、邊緣計算、自主計算和水下傳感網等技術將大幅度提升海洋機器人的智能化水平。而且，新理念、新材料、新部件、新動力源、新工藝、新型儀器儀表和傳感器還會使智能海洋機器人以各種形態呈現，如海陸空一體化、全海深、超長航程、超高速度、核動力、跨介質、集群作業等。

　　海洋機器人的理念正在使大型有人平臺向大型無人平臺轉化，推動少人化和無人化的浪潮滾滾向前，無人商船、無人游艇、無人漁船、無人潛艇、無人戰艦以及與此關聯的無人碼頭、無人港口、無人商船隊的出現已不是遙遠的神話，有些已經成為現實。無人化的勢頭將沖破現有行業、領域和部門的界限，其影響深遠。需要說明的是，這里“無人”的含義是人干預的程度、時機和方式與有人模式不同。無人系統絕非是無人監管、獨立自由運行的系統，仍是有人監管或操控的系統。

　　研發海洋機器人裝備屬于工程科學范疇。由于技術體系的復雜性、海洋環境的不確定性和用戶需求的多樣性，目前海洋機器人裝備尚未被打造成大規模的產業和產業鏈，也還沒有形成規范的通用設計程序?？蒲腥藛T在海洋機器人相關研究開發中主要采用先驗模型法和試錯法，通過多次試驗和改進才能達到預期設計目標。因此，研究經驗就顯得尤為重要?？偨Y經驗、利于來者是本叢書作者的共同愿望，他們都是在海洋機器人領域擁有長時間研究工作經歷的專家，他們奉獻的知識和經驗成為本叢書的一個特色。

　　海洋機器人涉及的學科領域很寬，內容十分豐富，我國學者和工程師已經撰寫了大量的著作，但是仍不能覆蓋全部領域?！昂Ｑ髾C器人科學與技術叢書”集合了我國海洋機器人領域的有關研究團隊，闡述我國在海洋機器人基礎理論、工程技術和應用技術方面取得的最新研究成果，是對現有著作的系統補充。

　　“海洋機器人科學與技術叢書”內容主要涵蓋基礎理論研究、工程設計、產品開發和應用等，囊括多種類型的海洋機器人，如水面、水下、浮游以及用于深水、極地等特殊環境的各類機器人，涉及機械、液壓、控制、導航、電氣、動力、能源、流體動力學、聲學工程、材料和部件等多學科，對于正在發展的新技術以及有關海洋機器人的倫理道德社會屬性等內容也有專門闡述。

　　海洋是生命的搖籃、資源的寶庫、風雨的溫床、貿易的通道以及國防的屏障，海洋機器人是搖籃中的新生命、資源開發者、新領域開拓者、奧秘探索者和國門守衛者。為它“著書立傳”，讓它為我們實現海洋強國夢的夙愿服務，意義重大。

　　本文摘編自中國工程院院士、“海洋機器人科學與技術叢書”主編封錫盛先生為叢書所寫的前言，內容有刪減，題目為編者所加。 

(來源：科學出版社 微信公眾號)