刊登日期 : 2022-02-11
2022北京冬奧會正進行得如火如荼，中國健兒在各項目中捷報頻頻，表現相當出色！今屆冬奧除了比賽精彩之外，事前的傳聖火和開幕式也是別出心裁，令人難忘！在北京冬奧開幕前，中國就完成了奧運歷史上首次的機械人水底火炬傳遞，看到水底一幕「水火交融」的情景，不禁讓人嘖嘖稱奇！究竟中國是如何開創先河，實現機械人水底火炬傳遞呢？現在就為你解開謎題！
全球「首見」別開生面 北京冬奧用機械人水底傳聖火
2月2日，在北京冬奧公園舉行的2022年冬奧火炬傳遞活動中，由中科院瀋陽自動化研究所牽頭，聯合北京動力機械研究所、廣東智能無人系統研究院等聯合研製的兩台機械人實現了奧運史上首次機械人水下火炬接力，彰顯了奧運與科技的完美結合。當天下午，盛載着冬奧聖火的火炬從254棒火炬手安國雨手中傳給水陸兩棲機械人，其後機械人「舉」着點燃的火炬下水，並在水底和變結構機械人完成火炬傳遞，而後另一隻機械臂伸出水面，再將冬奧聖火傳給第255棒火炬手安香怡，順利完成創舉。
在科技部國家重點研發計劃「科技冬奧」重點專項支持下，為實現機械人水底火炬傳遞，廣東智能無人系統研究院（智能院）的相關課題組採用快速定制化開發技術，突破了水下機械人在複雜環境下的高精度懸停定位控制、冰面旋轉全向運定等關鍵技術。
從承接任務、組建團隊、系統研發到火炬成功傳遞，智能院僅用了半年多的時間便完成了兩棲機械人控制系統的技術攻關，為水下機械人成功進行火炬傳遞奠定了堅實的基礎，加上整個科研團隊的合力攻關，終突破了冰水跨介質高適應性運動控制、複雜流場擾動的水下動態對準、水下機械臂厘米級精準作業、跨介質可靠燃燒組織等關鍵技術，研發出國際首支綠色清潔水空跨介質火炬，完美實現機械人水下高精度對接。
北京冬奧機械人水底傳「聖火」難度高 科技助力實現「水火交融」
此次中國在國際上首次實現機械人水底火炬傳遞，點燃了人們對北京冬奧的熱情，在向世界傳遞友誼與和平的同時，亦展現了中國日益進步的科技實力。
回顧奧運歷史，火炬傳遞形式總是層出不窮，創意「爆燈」，像是2014年俄羅斯索契冬奧會就首創了火炬水下傳遞，2018年韓國平昌冬奧會則首創了機械人火炬手。而此次北京冬奧更是首創機械人水底火炬傳遞，難度非一般，過程中要克服機械人精準對接和水中燃燒的難題，可謂是極具挑戰。
若想在複雜的水流環境下實現精準對接，火炬末端的定位精準度須持續保持在1厘米以內，這對機械人的動力穩定性要求很高，而水下推進器作為機械人火炬手的核心零部件，則起着至關重要的作用。
此次負責水底火炬傳遞的機械人配備尖端的水下推進器，當中應用了先進的磁性耦合驅動技術，大幅減少了推進器運行過程中的衝擊與震動，同時動力電源與信號電源系統內部隔離，所有電器元件皆密封在一個密封艙內，減少了密封洩漏的危險，加上機、電、槳的融合設計和精密工藝使水下推進器的效率、噪聲、功率密度等多項參數均達到了極致。憑着其高性能、高精度、推力大、體積小、重量輕等的技術優勢，實現了機械人水底的精準對接。
除了精準對接之外，要實現水底火炬傳遞，最重要的是能讓火在水中持續燃燒，當中如何「防水」和「補氧」至為關鍵。為此，機械人手持的並不是普通火炬，而是國際上首支無菸燃燒的「綠色清潔水空跨介質火炬」，其火炬燃燒器採用了專門的設計，通過物理結構和氣動特性對火焰進行保護，從而在燃燒的火焰周圍形成「氣膜」般的氣動防水罩，起到隔絕奧運聖火和水的作用，由於水不能直接接觸到火焰，因此能令聖火順利在水下燃燒。
而在「防水」之外，火焰是需要持續的「補氧」才能不滅，所以在機械人下水前已經為火種進行過補氧，讓聖火下水後可以直接依賴氧氣進行燃燒。然而，水下氧氣條件不足，為保萬無一失，此次的火炬燃燒器還自帶了助燃劑，為奧運聖火在水下燃燒時補充足夠的氧氣。當中使用的是氣態燃料，既避免了固體燃料燃燒時出現的煙霧污染，亦能令火焰同時在空氣和水下兩種介質中維持較長時間。在實現精準對接和防水保護後，北京冬奧終成功開創先河，首度完成了機械人水底傳遞火炬的科技成就。
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