2月2日，北京冬奥会第255棒火炬接力手正在准备与第256棒火炬接力手进行接力。不同寻常的是，这一棒接力将由两个机器人在水下完成，这是全球首次由机器人完成水下火炬接力。

在众人瞩目下，水陆两栖机器人“手持”燃烧的火炬，沿着冰壶赛道样式的跑道不断旋转本体滑入冰洞口。紧接着，等候多时的水下变结构机器人，搭载下一棒火炬缓缓靠近。当两棒火炬聚拢时，圣火一分为二，成功实现交接。片刻，水下变结构机器人托举圣火浮出水面，人群中爆发出掌声、欢呼声……

“多机器人跨域火炬传递”这一创意由中科院沈阳自动化所副所长、广东智能无人系统研究院副院长李硕提出。李硕介绍道:“中科院沈阳自动化研究所在机器人研究方面处于国内领先水平，火炬接力是奥运会不可缺少的环节，将机器人技术与火炬接力相结合，体现着人类科技、文明与智慧的进步，更能彰显‘科技奥运’的内涵。”

据了解，水下传递火炬接力机器人项目由中科院沈阳自动化研究所牵头，联合北京动力机械研究所、广东智能无人系统研究院等单位共同研制，在短时间内实现了多项技术攻关。

克服水下复杂环境，破解机器人精准操控难题

机器人火炬传递可以分解为三个步骤：机器人冰面滑行入水、机器人水下精准对接传火和机器人出水。2021年4月，火炬接力机器人的研发项目正式启动。距离火炬接力仅剩8个月的时间，要在8个月的时间内完成研发加工和测试工作，时间紧、任务重。在入水环节，课题组采用了快速定制化开发方式，在半年时间内就完成了两栖机器人冰水跨介质高适应性运动控制系统的技术攻关及冰上和水下的实验，为水下机器人火炬传递奠定了基础。

岁末年初，北京迎来暖冬，此时机器人在入水测试阶段发生了一场小“危机”。据广东智能无人系统研究院刘鑫宇博士回忆，机器人在12月下旬进入可靠性测试阶段时，北京的水面刚开始结冰，达不到冰上测试条件，于是团队紧急转移到辽宁抚顺的大伙房水库，在零下二十度的冰面上搭起帐篷进行测试。试验成功返回北京后发现冰层依旧太薄，火炬喷出的热气流很快就将冰面融化，于是团队搭建了一块硬板支撑机器人前进，也就是现场看到的冰壶赛道样式的入水跑道。

两种类型机器人在水下精准对接传火是“多机器人跨域火炬传递技术研究与系统示范应用”项目的另一大难点。水下环境复杂，传感器使用受限，难以实现较好的定位和通信。若要实现水下的火炬接力成功，两个浮动的机器人必须做到在复杂流场环境条件下机械臂手持的火炬末端定位精度持续保持在1cm以内。奥运圣火的温度较高，随时会出现爆燃现象导致火苗被扑灭，因此火炬还需要在1-2秒内迅速完成传火。

为了实现机器人水下秒级精准对接和作业，中国科学院沈阳自动化研究所科研团队历时9个月集智攻关，突破了机器人水下动态对准、机械臂厘米级精准作业等关键技术。

航天技术注入火炬，奏响水与火之歌

“冰下开展机器人与机器人的精准对接与水下点火其难度堪比太空舱对接。” 项目负责人田启岩博士感慨道。燃烧要有三个要素，可燃物、助燃物和达到着火点的温度，只要满足这三点要素水下燃烧就不成问题。中国航天科工三院三十一所承接了机器人传递的特种火炬研制，火炬研制团队对燃烧器进行了专门的设计，通过燃烧器的物理结构和气动特性对火焰进行保护，防止水环境对火焰的破坏。

燃烧器采用燃料和氧化剂的多层喷注设计，火焰的中心通过预混燃烧提高火焰温度。同时，火焰的周围采用类似航空发动机气膜式热防护的方法形成一个动态的“保护罩”，保护火焰不受水冷却影响，让奥运圣火在水下不论是上升、下降、前进、后退还是旋转等多样运动条件下，都能稳定燃烧。

值得一提的是，除了2022年北京冬奥会的水下火炬，中国航天科工三院三十一所还曾在2008年研制出珠峰特种火炬。据了解，航天科工三院主要研发各类航空航天发动机的动力装置，水下火炬从技术原理上看就是一个小型的气体火箭发动机，集中体现了我国航天的高科技能力和水平。

短短数秒，奥运圣火在水下成功接力。当机器人将点燃的火炬举出水面时，火苗在空中轻轻摇曳，仿佛上一刻水火相融的场景是那么自然而然。

跨介质水下机器人火炬接力是我国机器人科技水平的缩影。随着控制技术、智能化传感器、综合定位与导航等关键技术的不断突破，我国水下机器人有望在海洋工程、港口建设、科学研究等多领域实现更加广阔的应用。