同學們需操作機械人在水中進行各項任務。（圖片所示為香港科技大學水底機械人大賽）

　　本文作者張澤松（Dr Ray Cheung）先後於香港中文大學獲得計算機工程學士和碩士學位，倫敦帝國學院獲計算機工程博士學位，加州大學洛杉磯分校及普林斯頓大學機電工程學系進行博士後研究。

　　他目前擔任香港城市大學算法和安全結構實驗總監，亦是城大應用程式實驗室總監，帶領學生進行手機應用程式的開發以及參與水底機械人設計。本期「3C科技」，張博士把大家對水底機械人（簡稱ROV或AUV）的常見疑問整合，對此一一進行解答並提出自己的看法，希望能令讀者對ROV/AUV有更新認識。/張澤松

　　問：為什麼我們需要水底機械人？

　　答：因應全球氣溫暖化，海洋線升高，人們對海洋的研究越來越多，當中包括了石油勘探，油污處理，海洋保育，以及一系列的環保問題。而往往使用潛水員，成本費用高昂，危險性高，所以越來越多國家都投入資源研究水底機械人。當中包括了中國以及美國很多大學都積極推動水底機械人大學生團隊，早前美國漏油事件，當中處理油污的工程人員很多都是具備了水底機器人設計以及開發的成員。

　　協助在水底進行工作

　　問：那什麼是水底機械人呢？

　　答：顧名思義，水底機械人是在水下運作的機械人，當中也包含了電腦核心部分，控制它在水底尋找目標，控制三維空間移動方向，採集數據，以及在水中，水底機器人移動需要使用多個不同方向的推進器，他們會轉動就像我們的電風扇一樣，旋轉的時候會產生往後的力量，然後作用力會把水底機器人向前推進。

　　有別於一般機械人，水底機械人對防水的要求特別的高。就像我們國家出名的深海探索船「蛟龍號」一樣，它的防水做得特別的好，可以深潛到海下幾千米都滴水不漏。

　　問：那水底機械人如何「看」方向呢？

　　答：在水下因為海水的原因，以及海裏面有很多東西所以能見度很低，一般機械人都會用聲納探視器來辨別方向，以及前面的東西。但是它的準確率比較低，機械人也會使用高精度的攝影機來拍攝前面的東西，然後使用大數據以及人工智能的技術來辨認前方的東西。但是在黑暗的海底，潛得越深，太陽的光度就會減弱，就會越來越黑暗，因而能見度也會隨之減少。

　　問：ROV、AUV全名分別是什麼？

　　答：ROV的全名是遙控潛水器（

Remotely Operated Underwater Vehicle），它是一個無人的水下航行器，會運用電纜連結在海面上的控制人員進行操作。一般工程師需要進行專業培訓才能控制這樣的遙控潛水器，是一種很專業技術的工作。

　　AUV的全名是自主水下潛水器（Autonomous Underwater Vehicle），它的外形很像一隻潛艇或者魚雷，當中是沒有用電纜連結到船上的，而它的核心部分是使用編程的方式把控制器設計好能夠自動完成需要的工作任務，特別適合長期具有危險性的工作。

　　而自主水下潛水器，一般都是從海上的船搭載到目的地附近，然後把它放到海裏面進行工作，如果大家感興趣其實海上的船也是可以設計成全自動，當中的意思是說，比如在香港的中環碼頭，我們可以把一輛自主水上交通工具（ASV）設計好，它會把船開到港珠澳大橋進行勘探，而自主水下潛水器會在附近進行工作，完成任務後回到自主水上交通工具進行充電，以及修復和數據傳送。

　　提升對科研的興趣

　　問：如何培養大學生組成水底機械人隊伍？

　　答：水底機械人需要多種專業知識，當中主要包括了電子工程，機械工程，計算機科學，物理和化學，但是根據我的觀察，其實最重要是學生對水底機械人的熱情和組織隊伍的激情。

　　電子工程系的學生他們會負責設計防水電路，機械工程的學生會負責設計機械臂進行需要的工作，而計算機工程與科學的學生會負責程式編碼製造水底機械人的靈魂，當中會負責編寫一些深度學習以及人工智能的算法，讓機械人隨着海裏面收集到數據進行一系列反饋作用。所以一個機械人隊伍會包含了一個大隊長，以及多個小組隊長，負責不同方向的工作，以及分工。當中面對的主要困難是怎麼樣把經驗很多的第一年大學生和一些經驗豐富的大學生連結在一起，從而把技術轉移到不同的學生身上。

　　本月底將軍澳開賽

　　問：香港有適合中、小學生的水底機械人比賽嗎？

　　答：有的。每一年香港工程師協會都會跟美國海洋先進技術教育（MATE）舉辦香港分區的比賽，勝出的隊伍可以前往參加全球總區比賽，當中的比賽包含了可以讓中小學生參與的初級比賽以及適合大學生參加的高級比賽。舉個例子，之前城市大學水底機械人團隊通過香港分區的比賽要求，能夠前往美國太空總署（NASA）參加全球總區比賽，獲得了寶貴的經驗，他們能夠跟美國太空總署的工程人員，以及來自不同國家和地區的水底機械人隊伍的大學生進行交流和學習。

　　今年香港分區的比賽將於本月底在將軍澳舉行，如果大家有興趣，記得邀請爸爸媽媽一起前往觀看，記得之前比賽中，機械人的工作任務包括了需要在水底大約三米的深度，打開一個箱子的門，然後把一根像木頭的圓形物體放進去，相信大家幻想的時候也知道這不是一件容易的事。

　　問：香港還有其他地方推動水底機械人嗎？

　　答：有的。去年香港某大型商場，在商場內引入首個以STEM（科學、科技、工程和數學）為主題的創意工作室「OC STEM Lab」，我們的學生也在這個商場讓公眾帶着小朋友們學習設計簡單的水底機械人以及控制器。現在教育局正努力推動相關的教育。我們相信這是一個好的學習教材，更鼓勵家長以及學校老師在這方面多多支持。

　　問：你們的學生一年只參加一次比賽？

　　答：當然不是。在過去的三月份，他們剛剛從新加坡參加比賽回來，參加了一個水底自主控制器的比賽，當中包含了來自十三個國家和地區的三十一個隊伍，我們的學生在預賽的時候是第一名，最快完成了指定任務。但是到了總決賽的時候，他們因為攝像頭收集的數據不夠多不夠好，未能取得前三名。而其中獲得了前三名的隊伍當中包括了來自西安和俄羅斯的大學生。

　　相信大家也能理解內地大學生在這方面有很多領先技術。在去年暑假的時候，我們的大學生也前往了合肥參加了一次水裏再生魚的比賽，獲得了二等獎。當中超過了來自全國不同的兩百個隊伍，需要把這條魚編程好，完成目標工作。我相信有了核心團隊以及技術，其實參加哪一個機器人比賽都不是什麼問題。

　　問：你覺得參加水底機械人比賽最大的困難是什麼呢？

　　答：在今年年頭的時候，我帶領了十幾個大學生前往新加坡兩所大學（分別是新加坡國立大學和新加坡南洋理工大學），其實我們都面對了同樣的問題，就是需要找地方讓機械人測試，如果機械人的電池在水中受損了，那游泳池就不能游泳了。新加坡的大學生他們很努力，問了很多次都不成功，最後他們寫信給新加坡總理，請他幫忙，希望把水底機械人做好為國家爭光，經過五年的不懈努力，他們不光可以使用國家很深的跳水池，在最近一次打撈屍體的行動當中，當地警察找了很久都沒有頭緒，最後邀請了水底機械人團隊的幫忙，在新加坡河下面的小屋子下面發現了隱藏的一具屍體，這證明了大學生的工作可以產生貢獻，而這也讓我和同行的同學們，以及在香港其他隊員都獲得了啟發和鼓勵，他們回來以後知道了自己的工作的重要性，變得更加積極和努力。

　　下期「3C科技」於5月1日刊登。