ky开元 -一位工程师对水下机器人的深入探索

发布时间:2023-04-10 16:33

在 Levi Unema 的电气工程师职业生涯初期,他遇到了一个非同寻常的机遇。2015 年,他还在一家汽车零部件供应商的装配线上工作时,高中科学老师的一通意外来电,将他引向了一条全新的道路 —— 操控水下机器人探索海洋最深处的深渊。

这通电话来自 Harlan Kredit—— 一位全国知名的科学教师,同时也是罗得岛州非营利组织 Global Foundation for Ocean Exploration(GFOE)的董事会成员。该组织当时正在为美国国家海洋和大气管理局(NOAA)寻找一名电气工程师,协助设计、制造和操控遥控潜水器(ROVs)。

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对于土生土长的华盛顿州人 Unema 来说,这是一次令人兴奋的转机。他从小就喜欢摆弄电子产品、探索户外。2016 年初,Unema 加入了该团队,此后便一直参与全球科学考察所需的深海机器人研发与操控工作。

2025 年 7 月,GFOE 与 NOAA 的合同到期,工程团队被迫解散。但不久后,Unema 与四位前同事联手创办了自己的 ROV 咨询公司 ——Deep Exploration Solutions,继续投身于这份他热爱的事业。

“我热爱探索,喜欢每天都能看到新事物,” 他说,“随之而来的工程挑战也非常令人兴奋,因为深海环境压力巨大,有很多技术难题等待解决。”

自然与技术

Unema 对电子产品的痴迷很早就开始了。他在华盛顿州林登市长大,从小就拆解收音机、改造耳机,还用 5 号电池拼凑出 USB 充电器。“我总想知道事物的工作原理,” 他说。他还是童子军成员,青年时期的大部分时间都在徒步旅行、露营和滑雪中度过。

这种对科技和自然的双重热爱,至少在一定程度上源于他的父母 —— 父亲是土木工程师,母亲是高中生物老师。但成长过程中另一个重要的影响者是 Kredit,也就是后来招募他的那位科学老师(Kredit 也是 Unema 母亲的同事)。

Kredit 作为教育工作者获得了众多奖项,包括 2004 年的 “杰出科学教学奖”。和 Unema 一样,他也热爱户外,是黄石国家公园任职时间最长的公园管理员。“他是一位非常优秀的科学老师,极具感染力。”Unema 说。

2010 年高中毕业时,Unema 决定进入父亲的母校 —— 密歇根理工大学学习工程学。起初他不确定要选择哪个专业,于是先报名了通用工程课程,但很快就确定了电气工程方向。

大学期间,他在跨国公司 ArcelorMittal 旗下的一家钢铁厂进行了暑期实习,首次接触到工厂自动化和装配线。2014 年毕业后,他加入了密歇根州西兰市的 Gentex Corp.,从事制造系统和工业机器人相关工作。

潜入水下机器人领域

2015年底,他接到Kredit的电话,询问是否有兴趣为GFOE开发水下机器人。这个角色不仅涉及这些系统的工程设计,还包括进行试点。Unema说,做出这一决定是个艰难的选择,因为他刚刚在Gentex晋升。但旅行的承诺加上新颖的工程挑战,使得这个机会太难得,无法拒绝。

他说,制造能够承受海底巨大压力的技术非常艰难,必须在重量、体积和成本之间做出权衡。所有设备都必须防水,电子设备也必须被严格隔离,防止它们在海底接地。部分部件具有耐压性,但大多数必须存放在加压钛合金瓶中,因此部件必须极小,以最小化金属外壳的尺寸。

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“你需要与机械工程师密切合作,将电子产品安装在非常小的空间里,” 他说,“容器越小,成本越低,机器人的重量也越轻。每增加一点重量,就需要更多的浮力来平衡,所以我们要尽可能让设备小巧轻便。”

通信是另一个挑战。ROV 依赖数公里长的电缆,其中仅包含三根单模光纤。“所有的通信数据都需要汇总后通过这一根电缆传输,”Unema 说,“而且每年新的仪器都会消耗更多数据。”

他专注于为科学研究定制的 ROV,这类机器人需要更平稳的操控,并且比石油天然气行业使用的重型机器人配备更多的电子产品和仪器。“科研用的机器人都是手工制造的,各有特点。” 他说。

Unema 的工作涵盖了 ROV 设计、制造和运行的全生命周期。他通常在冬季对机器人进行升级和维护,夏季则操控它们执行科考任务。在 GFOE 工作期间,他主要负责 NOAA 的两台 ROV——Deep Discoverer 和 Seirios,这两台机器人均部署在 Okeanos Explorer 科考船上。多年来,他还曾为 Schmidt Ocean Institute、Ocean Exploration Trust 等其他机构操控 ROV。

Unema 的新公司 Deep Exploration Solutions 已获得 NOAA ROV 的冬季维护合同,目前正在寻找更多 ROV 设计、升级以及操控相关的工作机会。

一名工程师的海上生涯

在科考任务中,Unema 负责操控机器人。科学团队会实时观看 ROV 传回的视频画面,识别珊瑚、海绵或深海生物等他们想要深入研究的目标,并向他下达指令。有时他还会操作液压机械臂,对特别有趣的发现进行采样。

Unema 说,这些任务的主要目的是发现新物种,并绘制已知物种的分布范围。“海底有很多地方我们一无所知,” 他说,“基本上每次科考都会发现一些新物种。”

这意味着他需要一次在海上待数周时间。Unema 表示,船上的生活可能充满挑战 —— 许多新船员会晕船,而且你要在近一个月的时间里,与一群通常素未谋面的人近距离相处。但他很享受有机会结识来自不同背景、却都对科考任务充满热情的同事。

“这就像参加童子军夏令营或暑期夏令营,” 他说,“大家都是第一次见面,每个人都对这次旅程充满期待。我们不知道会发现什么。”

Unema 也很享受在船上有限的资源条件下解决工程问题的挑战。“我们要去太平洋中部,” 他说,“设备难免会出故障,你必须用手头现有的东西修好它们。”

如果这听起来更令人兴奋而非畏惧,并且你有兴趣从事 ROV 相关工作,Unema 的主要建议是与该领域的工程师交流。他说,这是一个规模不大但非常友好的社区,所以只需做好调研,了解可用的机会。一些机构,如 Ocean Exploration Trust,还为大学生提供实习机会,帮助他们积累该领域的经验。

Unema 说,很少有职业能像这样独特。“我热爱这份工作,因为它涵盖了工程学的各个方面 —— 从想法构思到实际应用,” 他说,“能够将自己参与研发的设备投入实际应用,这种感觉非常有成就感。”

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