乍一看，這艘停靠在碼頭的紅色潛艇看起來和其他潛艇沒什麼兩樣。

潛艇大概幾英尺長，可以在更遠的海域裡潛行，但它的球根狀魚雷形狀的設計與在這片海域航行了幾十年的第一批機器人潛艇很相似。但是仔細觀察潛水技術公司的新潛艇就會發現一場悄無聲息的潛艇技術革命——從它的工作原理到它的製造方式。

這種看似不起眼的潛艇是一種新型的自主水下潛航器(AUV)，未來的潛艇會更大、更智慧，而且可以比以往任何時候都航行得更遠。他們正在改寫水下軍事、商業和科學探測的規則，而不是在傳統的造船廠建造這些水下的龐然大物，船舶製造商正在試圖採用3D技術列印它們。

Dive Technologies的營運長Sam Russo表示:“大型水下機器人將改變一切。“它們帶來了巨大的有效載荷能力和能量容量，使航行器能夠在海洋中連續執行數日。”

但是Dive不是使用普通的3D列印裝置。這家位於波士頓的初創公司使用超大型3D印表機，可以大幅削減成本，加快生產速度，並在短短几周內創造出任何想象得到的潛艇——從想法到功能齊全的原型。

什麼是AUV?

現有的無人水下航行器，通常被稱為UUVs，是小型的，像魚雷一樣帶有聲納、攝像頭和其他感測器的航行器。操作員將它們置於船的一側，用聲納、攝像機和其他感測器執行調查任務，並在數小時後回收它們。大多數水下機器人仍透過控制電纜與母艦相連，因此操作員可以遠端操作它們，但水下機器人可以在預先程式設計的任務中自主航行。

工業水下無人探測航行器通常為石油和天然氣行業繪製海床地圖，並檢查水下基礎設施狀況。考古學家用它們來繪製水下遺蹟，商業無人駕駛航行器用於定位並打撈遇難的船隻和墜毀的飛機。環境科學家探索珊瑚礁，繪製洋流圖，追蹤野生動物。

但與許多其他科技領域一樣，人工智慧正在改變一切。隨著水下機器人變得越來越智慧和專業，人工智慧開啟了將它們按比例放大的可能性，這樣它們就可以自由潛行，執行以周而不是小時為單位的更長時間的操作。以美國海軍的虎鯨XLUUV號為例，是3個月。

大型商用水下機器人的典型任務將是對石油和天然氣或深海採礦進行海底勘測，對海上風力發電場進行現場檢查，以及搜尋和打撈任務——與現有工作沒有太大區別，除了大型水下機器人的工作時間更長，覆蓋範圍更大。這艘潛艇將以割草的方式在一片海洋中上下移動，使用聲納對海底進行成像。憑藉其機載智慧系統，它可以避開障礙物，重新掃描可能錯過的區域，或者密切調查潛在的興趣區域。

但與現有的小型AUV最大的不同之處在於作業的執行方式。無人駕駛的水面艦艇將機器人帶到正確的區域，將其放下並回收，遠端AUV可以從港口發射並找到自己的航向。大型水下機器人甚至可以在水面船隻無法承受的惡劣天氣下進行調查。

美國機器人潛艇：簡史

美國海軍在無人水下系統方面處於領先地位，但這些主要是小型UUV，用於搜尋和處理水下水雷，或在兩棲作戰前用於繪製沿海地區海岸線。現在，美國海軍正在推進一批更大的無人潛艇，以執行傳統上由載人潛艇執行的任務。

這專案前由波音公司出資，正在建造的、計劃2022年服役的“虎鯨”超大型無人水下潛航器和2023年投入使用的小型蛇頭大直徑無人水下潛航器主導。細節是保密的，但“虎鯨”被認為比波音公司的Echo Voyager原型機還要大，後者長51英尺，重50噸。

潛艇被用於各種各樣的秘密任務，從偷窺外國港口的活動，從水下拍攝船隻，到放置感測器和竊聽水下通訊電纜。他們也可以尋找或定位和跟蹤敵方潛艇。在戰時，他們可以埋設水雷——海軍正在生產一系列新型水雷，供無人潛艇秘密運送。

無人駕駛潛艇還可以充當“艦外感測器”，為載人潛艇配備一組遠端的眼睛和耳朵。一艘更大的機器人潛艇可以作為一組更小的無人艦艇的母艦，無論是用於情報收集、消除雷區或其他任務。他們甚至可以向空中發射無人機進行偵察或打擊任務。

最新一代載人潛艇每艘造價數十億美元，需要100多名經過精心挑選、訓練有素的船員，而海軍訂購的4艘“虎鯨”每艘僅花費1000萬美元。隨著3D列印技術的發展成熟，成本可能會進一步降低，海軍將可以獲得大量的水下機器人幽靈艦隊，執行常規任務，並釋放大型載人船隻執行需要人類技能的任務。

適合列印的水下機器人/潛艇

這一新興領域的超大型機器人潛艇由波音公司和洛克希德·馬丁公司主導，這無疑是建立在他們向海軍交付載人潛艇的悠久歷史基礎上。

但是潛水技術公司表示，多虧了3D列印技術，他們可以製造出更好、更快、更便宜的大型水下機器人潛艇。它已經建造了設計的第一艘潛艇DIVE-LD，並與美國海軍海底戰爭中心(NUWC)合作，與美國國防高階研究計劃局簽署了兩份合同，可以肯定地說，五角大樓對這種全新的解決方案很感興趣。

但這種方法是非常激進的。

傳統的潛艇建造始於壓力容器，內部密封的船體足夠堅固，可以承受深海水中的重壓。至少兩英寸厚的彎曲鋼板用腳手架固定在適當的位置，並用手工焊接在一起，然後用焊接肋加固。

Dive Technologies 的首席技術官Bill Lebo說:“就潛水器的規模而言，按照以往的方式進行製造通常需要大型、昂貴的壓力容器，這是不明智的。”“我們必須徹底反思製造業。”

奇怪的是，Dive最大的設計優勢是它不需要擔心一個重要的組成部分——人類船員。沒有船員和他們對維持生命所需的氣體(如氮氣和氧氣)的需求，水下機器人可以自由注水，這意味著水可以進入船體以平衡壓力，而不是被儲存在密封船體外。

所以DIVE-LD不是硬外殼，而是圍繞內部骨架構建的。潛艇在小型壓力容器中保護其電子裝置、大腦和發動機。骨架提供承重結構，外表皮提供光滑、流體動力表面。這很像傳統房屋將重量壓在外牆上，而現代摩天大樓可見的“表皮”則覆蓋在極其堅硬的骨架上。

Dive Technologies 在2018年並沒有考慮製造工藝和過程。相反地，為了滿足從想法到原型的積極開發計劃，它們自然地結合在一起。

通常情況下，一個潛艇製造商會開發機器工具來生產一個特定的船體尺寸。這可能是非常昂貴的，設計受阻且耗時的。水下潛航器的設計需要幾個月的時間，對於虎鯨 Orca XLUUV來說則需要至少5年時間。Dive Technologies 沒有時間(或資金)等待。這家初創公司還面臨著另一個問題——潛艇的設計甚至還沒有最終敲定。潛水需要靈活的製造技術——所以3D列印走進了研發團隊的視野。

在過去的六年裡，很多公司都轉向了大尺寸3D列印技術，來大量生產自動駕駛汽車和傢俱等物品，但全自動潛艇將是該技術的首次嘗試。Dive還建立了一個“AUV套件”，可以確保從不同供應商那裡獲得的所有必要部件都可以輕鬆組裝成最終產品，有點像宜家沙發。這套裝備包括推進、動力分配、能源、通訊、導航和計算——基本上是潛艇運轉所需的一切。

俄亥俄州阿克倫的新增劑工程解決方案公司將潛艇的外殼列印成4英尺寬、4英尺長的部分。每個部分可以在不到36小時內打印出來。9個大型的列印部件組成了潛艇的主體，另外85個3D列印部件在內部。

潛艇由不同等級的ABS材料製成，電腦鍵盤和樂高積木都是這種材料製成的。然而，在這種情況下，ABS具有複合增強材料，使其更加堅固(就像玻璃纖維賦予玻璃纖維的強度一樣)。

這些部件安裝在車輛結構上，發動機、控制系統和其他系統都附著在骨架上。表面是完成了流體動力平滑和油漆完成外部。

研發總監蒂姆•雷蒙德(Tim Raymond)表示:“我們在3天內就完成了從零部件庫存到完全整合的AUV的工作，並配備了低阻力3D列印外殼。”“看到DIVE-LD在沒有任何重大減速帶的情況下如此迅速、乾淨地結合在一起，讓我們驚喜地‘啊哈!“時刻”。

詳細設計於2019年進行，電子裝置建設於2020年8月完成。DIVE-LD在四天內組裝完成後，潛航器的海上測試在10月份完成。

3D列印潛水艇可以滿足各種需求

藉助“AUV套件”的靈活性和速度以及3D列印技術，從理論上講，Dive Technologies可以建造任何想象中的潛艇——用於任何目的，任何尺寸。所有這一切只需要一些設計調整，一天半的3D列印，和一個AUV工具包，使任何潛艇成為可能。

“潛航器的實際樣子並不重要；我們有製造工藝和架構，可以快速製造出滿足任何任務的AUV。”Raymond說。

目前的發動機是一個6千瓦的電力直接驅動推進器，與磁耦合到螺旋槳..最高速度為6節/7英里/小時，與其他潛航器類似，如果需要，可以安裝不同型號的引擎。

最初的DIVE-LD的直徑為48英寸，長19英尺，但該公司表示，可以很容易地擴大到直徑7英尺，或實際上任何長度要求。即使7英尺也不是絕對的極限——但是Dive Technologies 需要升級他們的後勤系統以處理更大的設計需求。

如果你需要把東西縮小一點，設計也可以縮小到大約20英寸直徑。從最初的設計到第一次測試只需要幾周的時間。

雖然Dive Technologies 的潛航器從外觀上看像個普通潛艇，但內部卻遠非如此。

傳統潛艇依靠其壓力船體附加焊接的T型肋來增強強度。在二戰中，U型潛艇的“崩塌深度”不到1000英尺。目前潛艇的深度等級是保密的，但目前美國海軍的海堤據說能達到2000英尺。

潛水器的內部壓力容器可以承受20000英尺的壓力，需要高度專業化的技術來確保一切能夠應對壓力和其他因素，並仍能穩定可靠地執行。

“真的只有一小部分工程人員真正懂得如何建造能夠在惡劣的海洋環境下執行的裝置，”Lebo說。

傳統的水下潛航器工作時間短，並遵循預先程式設計的路線，而大型水下機器人需要機載智慧系統。DIVE-LD有10天的續航時間和超過600英里的航程。雖然它可以浮出水面探測，如果需要，它需要對意外情況做出反應，並重新規劃它的路線，比如它遇到障礙。

Dive Technologies與Metron合作提供必要的大腦。Metron已經為美國海軍和美國國防高階研究計劃局提供了自主軟體，用於避開其他船隻，探測水下障礙物並規劃其周圍的路線，以及有效的路徑規劃。Metron的軟體可以進行動態任務再分配，這意味著它可以對發生的不斷變化的環境做出反應。

Metron的軟體包括“前瞻性方法”，潛航器可以在內部模擬中預測未來可能出現的情況，然後選擇最適合其任務的路徑。DIVE公司執行長Jerry Sgobbo表示，該控制系統還可以監測故障，為潛艇提供“返航能力”。

“這種能力增強了DIVE-LD平臺的任務可靠性和整體生存能力，特別是當你考慮到遠端和持久力時。”

機器潛航器的未來

Lebo說，未來的DIVE-LD變體將配備機械手臂和“懸停”能力，用於水下基礎設施(如管道)的維護和維修工作。他還預計水下機器人的硬體可以在海上進行再充電和資料下載，這樣水下機器人就可以無限期地待在海上。

在軍事方面，大型水下潛航器將擴充套件現有的排雷對抗能力，執行完全自主的排雷和破壞任務。有一天，它們甚至可能配備魚雷或其他武器，水下相當於美國空軍的忠誠僚機(Loyal Wingman)無人機，儘管五角大樓目前的規定意味著必須由人決定何時發射。

DIVE-LD目前正在安裝聲納感測器並進行海上演示，現在可以作為“機器人即服務模式”使用，客戶可以租用一輛AUV來完成特定任務。

一個多世紀以來，水下世界一直由潛艇兵統治。但未來的機器人充擁有了自主潛航能力，執行任務時無人、無人、無人駕駛，也在悄然掀起一場新的海底軍事競爭。