Best of: The future of underwater robotics
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机器人领域在斯坦福工程学院有着悠久的历史，乌萨马·卡提布教授在这一领域一直是开创性的领导者，他的工作涵盖了从人机交互机器人到水下探索，推动了机器人能力的边界。最近，他领导了斯坦福大学新机器人中心的开幕。今天，我们将重温与他关于OceanOneK的对话——一款现在在机器人中心有新家的类人机器人。加入我们，讨论他的旅程、他对机器人未来的愿景，以及他的研究如何改变人类与机器的互动方式。希望你喜欢这一集！有问题想问拉斯吗？请以书面或语音备忘录的方式发送给我们，可能会在即将到来的节目中被提及。请介绍自己，告诉我们你来自哪里，并分享你的问题。你可以将问题发送至[email protected]。剧集参考链接：斯坦福个人资料：乌萨马·卡提布斯坦福机器人实验室与我们联系：剧集文字记录 >>> 一切的未来网站与拉斯联系 >>> Threads / Bluesky / Mastodon与工程学院联系 >>> Twitter/X / Instagram / LinkedIn / Facebook章节：(00:00:00) 引言拉斯·阿尔特曼介绍嘉宾乌萨马·卡提布，斯坦福大学工程学教授。(00:01:54) 水下机器人进展水下机器人领域的创新，包括更深层次探索的突破。(00:05:35) 新浮力材料轻质强度浮力材料的发现，适用于深海机器人。(00:06:25) 机器人电池挑战在极深水域为机器人供电的挑战。(00:09:09) 人形设计的重要性为什么类人特征对于执行精细的水下任务至关重要。(00:14:20) 机器人设计挑战设计能够承受水下压力的轻量级机器人手臂。(00:19:51) 操作员的易用性新手和专家如何快速适应控制这些机器人。(00:22:37) 生物学和考古学的应用未来在海洋生物学和水下考古学中的应用。(00:26:12) 搜索和救援潜力机器人在搜索和救援任务中的潜力。(00:27:48) 深海探索的未来使用机器人进行深海探索的未来。(00:29:40) 结论 与我们联系：剧集文字记录 >>> 一切的未来网站与拉斯联系 >>> Threads / Bluesky / Mastodon与工程学院联系 >>> Twitter/X / Instagram / LinkedIn / Facebook</context> <raw_text>0 大家好，我是拉斯·阿尔特曼，来自“一切的未来”。我们在播客上开始新的问答环节。在每集的最后，我将回答一些来自观众和听众的问题。

如果你有问题，请以书面或语音备忘录的方式发送给我们，可能会在即将到来的节目中被提及。请介绍自己，告诉我们你来自哪里，并给我们你的问题。你可以将问题发送至thefutureofeverythingatstanford.edu。一切的未来，所有一个词，没有空格，没有大写，没有其他，@stanford.edu。

S-T-A-N-F-O-R-D dot E-D-U。非常感谢。大家好，我是你们的主持人，拉斯·阿尔特曼，来自“一切的未来”。你知道，机器人领域在斯坦福工程学院有着悠久的历史，乌萨马·卡提布教授在这一领域一直是开创性的领导者，他的工作涵盖了从人机交互机器人到水下探索，推动了机器人能力的边界。

最近，他领导了斯坦福大学新机器人中心的开幕，真是太棒了。他将继续在Ocean 1K上工作，这是一款现在在机器人中心有新家的类人机器人。加入我们，讨论他的旅程。这是乌萨马·卡提布的旅程，而不是机器人的。他对机器人未来的愿景，以及他的研究如何改变人类与机器的互动方式。我希望你喜欢这一集。

在我们进入这一集之前，我想请你对播客进行评分和评论。这将帮助其他人判断他们是否对“一切的未来”感兴趣。因此，构建机器人总的来说是困难的，但当你构建在深水下操作的机器人时，甚至深达一公里或一千米，那么就会面临许多重大挑战。你必须弄清楚如何构建一个不会被压力压垮的机器人。

你必须确保电子设备正常工作。你必须确保视觉系统正常工作并能够四处观察。照明，电力。如果你要有一个类人机器人，你必须有可以操控的手，抓住东西并移动它们。

这可不容易。乌萨马·卡提布是斯坦福大学计算机科学与工程的教授。他是构建机器人的专家，尤其是那些在恶劣条件下（如水下）工作的机器人。他将向我们展示他是如何让机器人在1000米深度进行操作和探索的。

乌萨马，你在2017年曾与我们分享过一些关于水下机器人非常激动人心的工作。但我相信自2017年以来发生了很多变化。所以我想知道，你能否告诉我们过去五年中发生的最新激动人心的创新？好吧，拉斯，很高兴再次和你在一起。

在2017年，我在报告我们在“月亮号”上的任务，这是一艘路易十四国王的船，1664年在法国海岸沉没。

计划是用一个有手和头的机器人到达那里，并通过触觉设备与坐在船上的人连接。所以我们做到了，我们成功了。然而，那款机器人基本上限制在200米。

事实上，水下探索在深度和机器人的能力方面需要更多的能力。

在那次探险成功之后，我们决定接受挑战，前往1000米。这将超过3000英尺。我不确切知道等价物，但这是一个巨大的技术挑战。

如何构建一个能够在那种深度保持结构的机器人。此外，挑战在于

我们用来使机器人浮力的材料，也就是说，你不想用推进器来提升你的机器人。它将几乎重达200公斤。这意味着你需要基本上在水中漂浮。对吧。

所以我们第一版所需的材料并不存在。也就是说，我们使用了一些常规浮力材料。

我们在寻找解决方案。问题是如果你使用相同的材料，你最终会得到一个巨大的机器人。巨大，是的。你需要更高的密度。更高的密度意味着你需要更大的体积。而且，这样是行不通的。

所以我们发现有一种新型的浮力材料，它是围绕空心微球的概念构建的。这意味着现在你有一种更轻的材料，但非常坚固。是的。我们开发了这个解决方案。实际上，我们不得不重新设计一切。

这真是太神奇了，因为我们的机器人几乎保持了相同的形状，相同的体积。我们稍微增加了机器人的体积，但你可能看到了机器人的图像。它看起来真的几乎和我们的人类潜水员一样大。

人类潜水员。是的。那么，让我问几个问题。首先，关于这种能够承受压力的新材料。它是金属的、塑料的，还是其他什么？这些微球的基本成分是什么？

所以如果你想想，它是玻璃。基本上是玻璃。哇。是的。它看起来像玻璃，感觉像玻璃。它是一种硅氧化物材料。

材料。它是一种合成泡沫。好的。这将承受高达6000 PSI的巨大压力，我们可以在没有任何问题或挑战的情况下达到高深度。好的。那么，其他的事情只是为了确认，这些不是有缆绳的机器人。这些是自由漂浮的，对吗？

是的，机器人实际上是自由漂浮并操作的，但这里是我们尚未解决的最大挑战，那就是电池。啊。如果你考虑到操作，你需要将这个机器人带到1000米深，你需要大约七个小时，而我们的电池只有45分钟，所以没有办法。

但正因为如此，实际上，机器人并不孤单。我的意思是，每次我们潜水时，我们并不孤单。我们有ROV机器人跟随我们提供光源。那里非常黑暗。ROV代表什么？

它是遥控操作车辆，操作的车辆。好的。这些基本上，我的意思是，有很多水下车辆。与我们的机器人不同，这些车辆只是带有摄像头的移动车辆。它们可以导航。我们的机器人是一个有手臂、手和腿的机器人。

还有摄像头和立体声等等。我的意思是，给你一个概念，这个机器人就像你的化身。是的。你通过机器人的眼睛看到。因此，当你看着这个显示器时，我戴着特殊的立体眼镜。

我看着显示器，看到3D，我通过机器人的眼睛看到我的手。哇。所以我正在伸出机器人的手来操作，我可以看到机器人的手。通过配备传感器的手，我们能够触摸物体。

所以当机器人要触摸水中的任何东西时，你会在你的手中感受到它。我们是如何感受到的？好吧，我们是通过你熟悉的设备来感受的。这是我们在手术中使用的触觉设备。是的。基本上，类似于我们在微创手术中使用的触觉设备。所以我称我们的机器人为POS。

除了在水中进行微创探索。是的。那么，好吧，让我去问这个，因为我有一些关于这个的疑问。我想我们在2017年讨论过这个，但你非常致力于让这些机器人具有人形，像人一样。你谈到了手、头。

提醒我们，为什么这在你的工作中如此重要，而不是某种可能更适合其他探索的任意形状。告诉我，为什么在你的工作中拥有这个类人机器人如此重要。

好吧，我可以给你这个我自己经历过的图像。这是在克里斯比沉船上潜水。克里斯比沉船是一艘背负着不可思议、巨大的沉船。

我的意思是，这艘船是一艘意大利船，在第二次世界大战期间沉没。它坐落在507米的深度。好的。所以我们在那里潜水，接近克里斯比，你看到这艘宏伟的船漂浮着。

坐在那里，周围有这些颜色，生命环绕着它。我的意思是，当它沉没时，失去了很多生命。但基本上，生命以海洋生物的形式回来了，形成了所有这些珊瑚，特殊种类的白色珊瑚。无论如何，接近这艘船真是令人叹为观止。

我看着我的手。所以我感觉现在我要执行任务。任务是放置一个标记，以便我们可以进行光度测量，扫描船只并进行光度测量。我接近这个。我来到栏杆旁。我看到...

我将要放置标记的位置。我欣赏它。当我触摸它时，简直不可思议。他们告诉我，你在尖叫。我的意思是...

就像你真的沉浸在这个令人难以置信的事情中，你在500米的深度触摸某样东西，并且你正在执行你熟悉的任务。

通过你的手，你可以看到你的手，你将手放在正确的位置。对。你在感受，我的意思是，这就是这个想法。这个想法是你真的在创造一种...

你的化身，让你以你无法做到的方式执行任务，如果你构建的是一个带有手臂的块。还有，我的意思是，考虑到这一点，当我们查看所有任务时，例如，我们

在这次探险中开发了一些真正独特的东西，这也展示了工具的使用。因此，一个放置在大约两米远的支架上的摄像头

我们将其带入机器人无法进入的封闭空间。对。我们正在旋转摄像头。所以你需要两只手。是的。用一只手，你握住一侧，另一只手旋转这个摄像头。我们回来了。

我们带回了从船内拍摄的令人难以置信的图像，生物学家简直惊呆了。他说，我们的同事，一位生物学家和我们在一起，她说

这些是我们在地中海中未曾遇到的铁食细菌。而它们以管状的形式存在，长长的橙色管状。对我们来说真的是一个惊喜。你拍摄的所有内容，我在另一次潜水中...

在巴伦飞机上，我们能够从外部拍摄驾驶舱内部，因为我们能够操控并移动这个摄像头。因此，使用这两只手需要你的眼睛

在这两只手上，现在你看到的是一个人形的上半身。好吧，它没有腿。对。

所以它是一个美人鱼。所以我发现这个答案非常有说服力，因为基本上人类进化的数百万年被利用，因为你知道如何协调你的眼睛、手，你已经充分利用了那个控制系统，并将其移植到机器人中。而如果它是一个不熟悉的几何形状，你知道，

你将无法做到任何这些。所以我真的认为，这完全有道理。那么，我想问，从机器人技术的角度来看，构建这个设备的主要技术挑战是什么？嗯，因为你提到了很多事情，你提到了深度，你知道，它必须足够强大以承受所有压力。你提到了双目视觉、触觉和感觉，

你拥有的操控能力。你最自豪的是什么？作为一名技术专家。好吧，使这个机器人能够做事情的挑战之一，就是手臂和手。因此，我们重新设计了手，这实际上是合理的复杂性。我们实际上是与我的同事马克·卡斯基的团队合作完成的。

还有另一个团队也在比萨，他们一直在研究手，他们为我们调整了他们的一只手。但最大的挑战是如何将手臂放置在水深处。

你可以想象，好吧，我要拿这些非常坚固的管子来抵抗压力。但然后你有一只非常重的手臂，你没有灵活性，你没有你想要的安全性和顺应性。那么你如何制造轻量、温和、顺应的手臂？好吧，

我的意思是，压力在那里。所以你唯一能做到的就是在手臂内部创造与外部相同的压力。啊，进行平衡。平衡。那么你怎么做到的？好吧，你需要在里面放入液体

油，我们称之为油。它不是油，是一种植物油。它非常，我的意思是，它与油没有任何关系，我们称之为油。所以是充满油的手臂。所以你从外部通过补偿器获取压力，你将管道一直放到手臂内部，并将这些管道放置在手臂

和手中，始终保持与外部相同的压力。现在这很好。好吧，我们之前已经解决了这个问题，但现在我们必须使其更强大，以承受1000米的压力。但突然你会记得，好吧，我有电子设备。我有所有这些振荡器。我有所有这些电容器。

现在你必须重新设计你的电子设备，以便在1000米深度工作。因为它们也需要承受相同的压力。是的，它们在相同的油中以相同的压力游泳。所以这实际上是很多工作，很多我们开发的概念。

你想象的一切都要做。你构建电子设备，你构建内部压力，你做所有这些。然后你在斯坦福的游泳池里测试它，深度为一米。然后你去，然后你去。当我们去到1000米的坎时，我们已经去过500米，机器人表现良好。我们想去

1000米，应该看看我们的设计是否有效。所以500米，好的，600米，700米，750米。当我们去的时候，真是太神奇了，机器人没问题，电子设备正常工作，一切都很完美。

唯一的问题是我们撞到了地面，然后船会移动得更深。然后我们继续下去，我们继续下去，一切都正常。这时你会说，哦，哇，这太神奇了。我们做到了。我们真的对了。这是一切的未来，拉斯·阿尔特曼。接下来是乌萨马·卡提布。

欢迎回到“一切的未来”。我是拉斯·阿尔特曼，我将继续与乌萨马·卡提布教授的对话，讨论能够在水下承受压力的机器人工程。

在上一段中，乌萨马告诉我们关于让机器人在1000米深度进行操作和功能的这一显著技术成就。在下一段中，我将首先问他，让人类控制这样的机器人有多困难？然后我们将讨论他最兴奋的各种应用。

人类需要经过什么样的培训才能操作这个机器人？这是高度技术性的培训，你正在获得经验丰富的潜水员，还是比这简单得多？好吧，事实是两者都有。所以一方面，高中生

在半小时内就能操作这个机器人。拉斯，我想告诉你的是，我们将做到这一点。因此，我们将使这个机器人可供学校、大学远程使用。因此，从你的学校，从你在大学的实验室，我们将拥有触觉设备。

这个触觉设备连接到世界某处的机器人。现在你可以探索并帮助探索海洋中的水下世界。这将需要一点时间，后勤操作。我们在通信方面解决了另一个问题，关于通信。

延迟，时间延迟。我们用两个独立的循环替代了遥控操作。机器人是自主的，触觉设备接口是自主的，它们通过智能接口进行通信。

这样我们就不会因为遥控延迟而导致不稳定。对。等着瞧。这太神奇了。那么，答案的这一部分在我看来就像是半小时对于高中生。这意味着这很简单。但你说两者都有。那么告诉我技术方面——在哪里变得棘手？变得棘手的是任务。好的。

有些任务确实是非常精细的任务。因此，我的同事米歇尔·洛尔，他是一位考古学家，

喜欢以特定的方式接近考古学。他有他的专业知识。他首先轻轻触摸，围绕物体移动，他不会去撞击它。因此，触觉设备可以很容易地使用，但然后任务所需的技能可能需要更多。

我们仍然希望外科医生在我们进行微创手术时为我们操作。因此，如果我们在进行水下考古或生物学或其他任何事情时，我们需要每个任务的专家。这完全有道理。所以...

但这也是，正如我们之前所说的，利用了人类数小时和数年的培训。而且，机器人的人形形状，我相信，使他们更容易从现实生活中过渡到远程环境。好的。我想不想错过了解未来的机会。不仅是未来，你已经用这个机器人做了很多事情。

你已经提到了一些。你在船上放置了传感器。听起来你还看过一架水下飞机。告诉我，在哪里，听起来你与高中生有教育方面的合作。你最兴奋的其他应用是什么？考古学是一个重要的领域，我们目前正在讨论许多任务。我们正在与

意大利国家科学基金会讨论，与斯坦福大学的合作，

探索沉没的城市和其他沉船。我有一些即将举行的会议。我们正在与...因此，在地中海，沉船，古老的沉船由于水温而消失。在波罗的海，有些沉船是...

非常古老的沉船，来自...

许多世纪以前，它们仍然保持完好。是的，他们最近发现了那艘在北海沉没的非常著名的船。好莱坞的制片人联系了我，他们希望我们去探索一些波罗的海的沉船。这是一个。另一个，这是一个真正重要的领域，就是环境。

生物学，海洋生物学，海洋生物学家，科学家说，我从未能找到那些铁...

食细菌，没有你的机器人。对。所以我们在某种程度上为生物学家、考古学家提供了一种工具。但一旦我们能够将其带入更多数量的

机器人，我们将能够让协作机器人与人类一起在水下操作，放置传感器，维护结构。我的意思是，互联网，所有这些电缆需要大量维护。

我们正在建设的所有结构以在海洋中提供电力需要维护。会发生很多裂缝，现在使用工具我们将能够找到这些裂缝并探索这些结构。

我有很多来自石油和天然气以及其他行业的人在寻找解决方案，因为我们必须记住，潜水在某些深度以上是非常危险的。

没有其他解决方案，除了使用具有潜水员能力、手和手臂来执行这些任务的机器人。好的。我必须问几个快速问题，因为这太令人兴奋了。呃，

首先，搜索和救援呢？我们看到了一些关于人们被困的惊人故事，潜水员，正如你所说，在非常危险的情况下试图进行救援。这里有搜索和救援的未来吗？是的。我的意思是，泰国的洞穴。我有这个问题，我和大学的一些同事进行了讨论，关于

在AIT，即亚洲科技学院。实际上，我们...

我们有一个工具。我的意思是，如果潜水员能够提供帮助，那么我们的机器人潜水员可以完成大部分工作，虽然不能完全替代人类，但在许多情况下，是的。这是一个工具，将人类的直觉和能力结合在一起

与机器人协作，创造出每个人的协同和安全。是的。我想问的另一个问题是，你是否有，所以可能了解这一点的人可能会想知道，机器人是否需要像人类一样进行减压，以便系统重新平衡，还是这不是问题？

一点也不。没有时间。只要机器人被叫上来，机器人就会直接上升。它直接上升。它直接上升。然后我——所以我不想在任何方面——达到一公里是一个惊人的里程碑，我不想太贪心，但让我问你，你是否看到更深层次探索的路径，还是你认为我们正在碰到一些基本的限制？

好吧，我们离实际的极限还远。我认为我们将能够在没有太多困难的情况下达到3000米。我的意思是，这就是今天发生的美好事情。当我们想到机器人多学科的性质时。

材料、新材料、新传感器、新制造方法。材料科学正在帮助我们。

我认为我们将能够达到3000米。有一些应用在4000米。我仍在讨论我们如何做到这一点。但我认为超出这一点，可能会面临更多挑战。我的意思是，技术挑战。但这...

绝对是一个令人惊叹的体验，想象一下你虚拟地在那里。你正在触摸那些深度如此之大的地方。

我多次收到一个问题，你们会到达那些我们梦寐以求的著名船只吗？好吧，也许它们在此时超出了我们的触及，但我认为这将会发生。有一些令人惊叹的地点

2000米、2500米，我认为我们应该能够做到。感谢乌萨马·卡提布。这就是水下机器人的未来。你正在收听“一切的未来”。我是拉斯·阿尔特曼。你知道，我们在档案中有超过250集的回顾节目，你可以收听这些关于未来的对话。

你可以在很多社交媒体上找到我，比如蓝天、Mastodon、Threads，用户名是RB Altman或Russ B. Altman。你还可以在LinkedIn上找到我，拉斯·阿尔特曼，我会在上面宣布所有新剧集。你还可以关注斯坦福工程学院，斯坦福ENG。

如果你想问关于这一集或之前一集的问题，请给我们发送书面问题或语音备忘录问题。我们可能会在未来的节目中提及。你可以将其发送至[email protected]。所有一个词，一切的未来。没有空格，没有下划线，没有破折号。一切的未来@stanford.edu。再次感谢你的收听。希望你喜欢这个播客。