海洋珊瑚智能保育設備概念設計

作者闡述：珊瑚礁是地球生物多樣性最豐富的生態系統之一，聯合國教科文組織于2022年4月啟動緊急計劃，旨在保護珊瑚礁世界遺產。本設計以海洋珊瑚礁智能保育設備為研究對象，對目前常見的珊瑚園藝式養殖保育過程中的用戶行為、設備、環境等進行調研和分析，基于UCD設計理念，從安全性、可靠性、包容性、便利性出發，構建了海洋珊瑚智能保育設備概念設計模型，創新性地提出同時滿足人員氧環境和珊瑚水環境的“雙環境”方案，同時整合機械手、智能技術等對珊瑚殘枝或斷肢的收集、傳輸、種植、苗圃置放等進行優化和創新，解決了人員潛水作業的不便，避免了可能面臨的危險，珊瑚保育的環境需求也得到較好保證。

導師點評：珊瑚礁被喻為“海底綠洲”，珊瑚礁的生態健康是海洋中生物多樣性的重要保證。然而，由于自然環境的變化導致全球范圍內珊瑚礁出現明顯退化，部分區域的珊瑚覆蓋率急劇下降，因此，開展珊瑚礁保護和修復工作迫在眉睫。在過去的十幾年里，珊瑚移植在珊瑚礁修復中扮演著重要的角色，是珊瑚礁修復的主要手段。 通過大量的文獻研究，并實地考察了自然資源部海洋第三研究所珊瑚保育館，總結出目前珊瑚保育中主要存在的問題有：保育員水下作業需背負沉重裝備，行動不便，氣瓶所能維持的時間有限；潛水時因氣壓變化可能產生DCS癥狀，潛水員無法連續多次 作業；隨時可能遭遇危險海洋生物；遠距離轉運時維持珊瑚苗物理環境的條件有限；陸地上的珊瑚養殖規模有限，珊瑚培育模塊也相對較小。對此，提出融合智能技術的珊瑚保育設備概念設計，創新理念主要包含：自主實現珊瑚苗（珊瑚殘枝/珊瑚斷枝） 的收集、保育員種植作業環境的切換、無人自主完成苗圃的安置固定、充當珊瑚保護區的警示。分別設置4個功能模塊： 1.種植模塊。主要進行珊瑚苗的收集和采集工作，由駕駛員在艙內通過操縱桿操作外部機械手臂完成珊瑚殘枝的拾取/珊瑚斷枝的鉗取等動作，機械手臂通過滑動槽配合將珊瑚苗放入收集艙內，機械手臂未工作狀態為線性回收狀態。2.傳輸模塊。主要進行珊瑚苗的傳輸工作，將其從艙外傳輸至艙內操作臺。為保證設備水下密封性，通過雙艙置換設置將收集到的珊瑚苗傳輸入艙內。3.種植模塊。主要進行珊瑚苗的種植工作，由保育員記錄珊瑚苗編碼及生長數據，并依據珊瑚苗的生長情況和生長趨勢將其固定于種植艙內的苗圃架上。 4.置放模塊。主要將珊瑚苗圃架放置并固定于海床上，苗圃滿載后由設備進行投放并固定。苗圃四個支撐腳與通電磁吸模塊相吸，利用纜線控制實現平行投放，利用電鉆工作原理實現苗圃架的遠程打樁固定。造型設計充分考慮了功能的實現和珊瑚保育員全過程作業要求，設備前端應確保保育員的觀察視野不被遮擋，同時考慮海水壓力，采用球狀透明聚碳酸酯（PC）材料。為便于保育員進出艙門方便，艙門與船體之間的距離不宜過大，以滿足基本的人機尺寸為宜。在艙門附近增設浮板，并加裝燈帶，當設備停泊在海面時，可以起到警示作用，也有助于保育員進出攀爬，色彩以富含科技感的銀色和黑色為主。 本設計為珊瑚保育提供了新的探索方向，對改善珊瑚保育的人工作業環境、提高珊瑚保育的質量和效率有一定的借鑒作用，具有一定的社會價值和現實意義。