Blueye: Κατασκευή ενός αυτόνομου ROV

Το έργο Blueye Autonomy από αριστερά προς τα δεξιά: Ambjørn Grimsrud Waldum, Leonard Günzel, Gabrielė Kasparavičiūtė, Ai-Nhi Hoang, Jenny Krokstad, Md Shamin Yeasher Yousha, Dana Yerbolat, Abubakar Aliyu Badawi. Λείπουν οι: Martin Ludvigsen, Celil Yilmaz, Mahmoud Hussein Abdelrazik Hassan, Elena Marie Kirchman. © Leonard Günzel

Ο Leonard Günzel, υποψήφιος διδάκτορας στο Τμήμα Θαλάσσιας Τεχνολογίας του NTNU, ηγείται επί του παρόντος ενός νέου έργου για την αυτόνομη λειτουργία των ROV Blueye. Στόχος του έργου είναι η εξάλειψη του ιμάντα πρόσδεσης που συνδέεται με τη Μονάδα Επιφάνειας Blueye και η δυνατότητα λειτουργίας του ROV ανεξάρτητα από έναν σταθμό σύνδεσης που βρίσκεται στον πυθμένα της θάλασσας.

Τα ROV της Blueye συνδέονται μέσω ενός tether για να εξασφαλίζουν γρήγορη, σταθερή και αξιόπιστη επικοινωνία μεταξύ του drone και του χειριστή. Το tether επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο απευθείας στην επιφάνεια, παρέχοντας στους χειριστές ζωντανά βίντεο και δεδομένα αισθητήρων απαραίτητα για ακριβείς και ασφαλείς υποβρύχιους ελιγμούς. Επιπλέον, τα σήματα ελέγχου αποστέλλονται στο ROV μέσω του ίδιου tether, επιτρέποντας στον χειριστή να προσαρμόζει συνεχώς την κατεύθυνση, την ταχύτητα και τη γωνία της κάμερας, εξασφαλίζοντας τον πλήρη έλεγχο του drone ανά πάσα στιγμή.

Ένα σύστημα tethered παρέχει επίσης μια απλή εγκατάσταση, εξαλείφοντας την ανάγκη για πολύπλοκες ασύρματες λύσεις ή εξωτερικούς σταθμούς βάσης. Το σύστημα είναι κινητό και ευέλικτο — μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν παντού, είτε από την ακτή, είτε από ένα σκάφος είτε από μια αποβάθρα.

Το λουρί εξασφαλίζει επίσης σταθερή ισχύ και μετάδοση σήματος, παρέχοντας πρόσθετη αξιοπιστία σε απαιτητικά υποβρύχια περιβάλλοντα.

Το δέσιμο χρησιμεύει επίσης ως αξιόπιστο μέτρο ασφαλείας. Εάν χαθεί η σύνδεση με το ROV, μπορεί πάντα να ανακτηθεί χειροκίνητα τραβώντας το πίσω μέσω του δέματος.

Ο Leonard Günzel με τον σταθμό πρόσδεσης στο ερευνητικό σκάφος Gunnerus. © Leonard Günzel

Τα τηλεχειριζόμενα οχήματα ( ROV ), σε αντίθεση με τα αυτόνομα υποβρύχια οχήματα (AUV), απαιτούν έναν χειριστή επιφανείας για τον έλεγχο του drone. Η μετατροπή των ROV σε AUV μπορεί να ξεκλειδώσει νέες δυνατότητες για υποβρύχιες επιχειρήσεις. Με την αυτονομία, οι αποστολές μπορούν να εκτελούνται χωρίς συνεχή ανθρώπινη επίβλεψη, καθιστώντας τα drones πιο αποτελεσματικά, οικονομικά αποδοτικά και ικανά να λειτουργούν σε απαιτητικά περιβάλλοντα για παρατεταμένες χρονικές περιόδους.

Ο Günzel έχει υπόβαθρο στη ναυτιλιακή τεχνολογία και την ηλεκτρολογία, αλλά το πάθος του για τη ρομποτική αναπτύχθηκε μέσω διαφόρων ρόλων ως βοηθός έρευνας και πρακτικής άσκησης σε ναυτιλιακά ιδρύματα σε όλο τον κόσμο. Κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων, απέκτησε εμπειρία στην εφαρμοσμένη υποβρύχια ρομποτική, την ανάλυση εικόνας και την ανάπτυξη αισθητήρων.

Μετά από αρκετούς μήνες προσομοιώσεων και ανάπτυξης συστήματος, ο Günzel, μαζί με τους συναδέλφους του διδάκτορες Ambjørn Waldum και Gabriele Kasparaviciute και οκτώ μεταπτυχιακούς φοιτητές, ολοκλήρωσε την πρώτη του επιτυχημένη επιχείρηση πεδίου στο φιόρδ του Τρόντχαϊμ. Η επιχείρηση πεδίου πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το μεγαλύτερο ROV του NTNU, το Minerva, και σηματοδοτεί μια σημαντική τεχνολογική πρόοδο στα αυτόνομα υποβρύχια συστήματα. Η δοκιμή απέδειξε για πρώτη φορά ότι ένα συμπαγές ROV όπως το Blueye X3 μπορεί να λειτουργεί αυτόνομα.

Η ομάδα του έργου έχει αναπτύξει περαιτέρω τόσο το υποβρύχιο drone όσο και την απαραίτητη υποδομή που απαιτείται για μακροχρόνιες αυτόνομες υποβρύχιες λειτουργίες. Αυτό σημαίνει ότι το drone πρέπει να είναι σε θέση να πλοηγείται με ακρίβεια σε αποστάσεις που κυμαίνονται από 100 έως 500 μέτρα και να επιστρέφει σε έναν σταθμό σύνδεσης που βρίσκεται στον πυθμένα της θάλασσας. Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση ενός συστήματος USBL (Ultra-Short Baseline), το οποίο επικοινωνεί με ένα μόντεμ στο AUV. Ένα σύστημα USBL συνδυάζει πολλαπλούς μετατροπείς για να προσδιορίσει την κατεύθυνση και την απόσταση από μια ακουστική πηγή.

Στην περίπτωση αυτού του διδακτορικού έργου, όπου ο στόχος είναι η ανάπτυξη αυτόνομων δυνατοτήτων, η άμεση ενσωμάτωση με το σύστημα ελέγχου του drone είναι απαραίτητη. Τα πανεπιστήμια, οι ερευνητές και οι ολοκληρωτές συστημάτων ενδέχεται να χρειαστεί να ενσωματώσουν το drone σε μεγαλύτερα συστήματα ή να το ελέγξουν μέσω λογισμικού τρίτων. Για την υποστήριξη τέτοιων περιπτώσεων χρήσης, η Blueye παρέχει σημεία πρόσβασης για έλεγχο - το Blueye SDK. Αυτό το SDK είναι ανοιχτού κώδικα, διαθέσιμο στο pypi.org και επιτρέπει σε προγραμματιστές και φοιτητές να δημιουργούν προσαρμοσμένους αλγόριθμους ελέγχου, να αυτοματοποιούν αποστολές και να εξερευνούν νέες εφαρμογές για υποβρύχια ρομποτική.

Blueye X3 με το προσαρμοσμένο πλαίσιο "Odenwald", πολλαπλή δέσμη, USBL και επιπλέον υπολογιστική ισχύ. © Leonard Günzel

Η ομάδα του έργου ελπίζει ότι αυτό θα θέσει τα θεμέλια για μελλοντική έρευνα, που θα κυμαίνεται από ενεργειακά αποδοτικές έρευνες και συντονισμό πολλαπλών ρομπότ έως επαναλαμβανόμενες επιθεωρήσεις υποδομών και πλήρη αυτονομία αποστολής. Ο Günzel είναι ιδιαίτερα ενθουσιασμένος που θα διερευνήσει περαιτέρω την επίγνωση και την αντίληψη της κατάστασης και, ως υπεύθυνος έργου, προσβλέπει στο επόμενο εξάμηνο, όταν ο στόχος είναι να αποσυνδεθούν οριστικά.

Το έργο αποτελεί μέρος της πρωτοβουλίας SAFEGUARD και βασίζεται σε πολλά χρόνια έρευνας και ανάπτυξης στο NTNU. Το Κέντρο Υποθαλάσσιων Επιχειρήσεων Αυτόνομης Ρομποτικής (CAROS) του NTNU VISTA έχει διαδραματίσει κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη των απαραίτητων υποδομών και συστημάτων υποστήριξης.