Автономни роботи поемат наблюдението на критичната подводна инфраструктура

Повече от 70% от повърхността на Земята е покрита с морета и океани. Все по-интензивната икономическа активност на хората в акваториите увеличава потребността от надеждни решения за мониторинг и инспекция на критичната подводна инфраструктура.

 

Допълнителна сложност внася фактът, че разположените на дъното комуникационни, електрически кабели, газопроводи, военноморски и научноизследователски съоръжения все по-често стават обект на инциденти, целенасочени атаки и саботаж.

 

Наблюдението на дъното досега – скъпо, сложно и вредно за планетата

 

Понастоящем наблюдението на морското и океанското дъно с изследователски цели и с оглед на сигурността на инфраструктурата се извършва предимно чрез кораби със сонари за широкообхватно сканиране, както и чрез подводни средства, управлявани от плавателни съдове на повърхността или от контролни центрове, разположени на сушата. И двата подхода изискват мащабни и скъпи специализирани съоръжения и големи екипи, а разходите и въглеродните емисии вследствие от прилагането им никак не са за подценяване.

 

Тази ключова задача обаче скоро може да бъде поета от автономни подводни роботизирани апарати (AUV), постоянно ситуирани на морското дъно. Обещаващи резултати дава скорошен проект на Норвежкия университет за наука и технологии (NTNU), осъществяван с подкрепата на местната академия на науките и енергийната компания Equinor, и с финансиране от Норвежкия научен съвет.

 

Роботите идват на помощ

 

Разработката е на Центъра за автономни подводни роботизирани операции Vista CAROS към университета и предлага решение за мониторинг и инспекция на критична инфраструктура, което може да функционира в продължение на месеци или години без да бъде извеждано на повърхността или на брега.

 

Екипът на центъра е създал и изпитва концепция за подводни роботи и фиксирани на морското дъно бази, която елиминира зависимостта от контролни станции, плавателни съдове и големи екипи от хора. Платформата е приложима практически навсякъде по света.

 

Изследователите успешно са извършили тест на автономен подводен роботизиран апарат с акустична и визуална навигация и докинг станция на дълбочина от цели 90 метра. "Без никаква човешка намеса роботът извърши инспекция на инфраструктурата и самостоятелно намери пътя обратно до станцията, с която се свърза, за да презареди батериите си и да качи събраните данни. Този успешен експеримент представлява важна стъпка към постигането на напълно автономни подводни операции за продължителни периоди от време", коментират от NTNU.

 

Основните цели на екипа са да намали разходите за мониторинг и поддръжка на подводната инфраструктура, да я направи по-безопасна и щадяща за планетата и да даде достъп до ефективни решения за инспекция на по-широк кръг от потребители.

 

 

Да се гмурнеш в проблема

 

За внедряване на AUV системи около подводните секции на нефтени и газови инсталации се говори от години. На места вече са инсталирани и няколко големи и сложни установки. Зачестилите атаки и саботажи на подводната инфраструктура през последните години обаче увеличават търсенето на по-прости и достъпни решения от страна на различни организации.

 

За да станат достатъчно рентабилни и издръжливи, концепциите в сегмента се нуждаят от още доста научноизследователски и развойни усилия, като тези на екипа от NTNU.

 

"Положихме основите и направихме първите стъпки към създаването и внедряването в реален мащаб на подводни роботи с докинг станции за зареждане и пренос на данни. Сега задачата е тези станции да бъдат подобрени, за да са достатъчно стабилни и издръжливи. Сред предизвикателствата са още автономията, навигацията, скачването със станцията, комуникацията и запазването на позицията, както и ориентацията и курсът на движение под вода", споделят изследователите.

 

Какво всъщност представлява решението?

 

С крайната цел да направи решението подходящо за комерсиализиране, екипът създава базова платформа, която може да бъде усъвършенствана от студенти, учени и компании с интерес в областта. В основата й е подводен робот Blueye X3 с тегло приблизително 10 kg, специално оборудван за провеждането на конкретни изследвания. Системата разполага с камера, сонар, сензори, комуникационно оборудване, индукционно зарядно устройство и магнитен механизъм за скачване.

 

За да може роботът да открие докинг станцията и да се позиционира правилно, е използвана комбинация от технологии за навигация и акустична комуникация с ниска скорост на предаване на данни. Тя включва система за позициониране с ултракъса базова линия (USBL) и визуални маркери, които се разпознават и интерпретират чрез камери и системи за машинно зрение с цел насочване на автономния подводен апарат към станцията. На кратки разстояния апаратът може да се управлява дистанционно и да обменя данни чрез оптичен модем. Докинг станцията е свързана с наземни съоръжения посредством кабел, осигуряващ електрозахранване и комуникация.

 

Веднага след като автономния робот се скачи, данните могат да се прехвърлят чрез високочестотна широколентова комуникация, а апаратът да се зарежда на индукционен принцип.

 

 

Скачването

 

Досега AUV системата е тествана в рамките на две мисии – с общо четири седмици оперативна работа. Тя успешно е изпълнила заложените цели за инспекция и е постигнала 90% успеваемост при автономното скачване. За да се счита за достатъчно надеждна за търговски операции обаче, трябва да бъдат достигнати 100% успеваемост, посочват от екипа. Ето защо в следващите месеци са планирани нови тестове.

 

"Скачването е абсолютно критично. Без оператор последиците от евентуални грешки могат да бъдат много по-големи. Ако автономният апарат не може да се върне до докинг станцията, той няма как да бъде възстановен", разкриват от NTNU.

 

По време на изпитанията изследователите използват защитен кабел, който осигурява безопасността на робота. И в следващите тестове ще се разчита на подобна система за извличане, докато бъде разработено достатъчно надеждно решение за напълно автономна експлоатация. Този процес вероятно ще отнеме още известно време, въпреки че изкуствен интелект вече помага на екипа да открива ефективни решения значително по-бързо.

 

Какво трябва да се подобри?

 

Едно от най-големите оставащи предизвикателства е именно роботът да стане напълно автономен, т. е. да може да "възприема" и да "мисли" по начин, който му позволява самостоятелно да взема решения въз основа на наблюдения на заобикалящата го среда. По време на изпитанията е установено, че рибите, преминаващи пред камерата, създават затруднения за софтуера, който анализира и интерпретира изображенията.

 

"Навигацията на сушата или по морската повърхност е сравнително лесна – GPS и други сателитни навигационни системи осигуряват точни данни за местоположението. Под водата обаче това не е възможно. Затова системата използва комбинация от няколко технологии за определяне на позицията и курса на движение, сред които жироскопи и акселерометри, интегрирани в инерциална навигационна система (INS), както и акустична система за измерване на скоростта чрез доплеров ефект (DVL). Навигационните системи обаче изискват значителна изчислителна мощност, което води и до висок разход на електроенергия", добавят от екипа.

 

Въпреки неразрешените проблеми проведените тестове доказват, че концепцията е напълно осъществима и подобни операции могат да бъдат изпълнявани достатъчно повторяемо и надеждно, за да се наложат в близко бъдеще постоянно базираните подводни роботи като мащабируемо и икономически ефективно решение за подводен мониторинг.

 

Източник: NTNU

Ключови думи: автономни подводни роботи   AUV   подводен мониторинг   подводна инфраструктура   докинг станции   изкуствен интелект   машинно зрение   автономна навигация   роботика  

Област: Роботика