Αυτονομία Ωκεανίας: Νορβηγία προς τα εμπρός

Η φιλοσοφία πλοίου εμπορευματοκιβωτίων Yara Birkeland του Kongsberg. (Εικόνα: Kongsberg)

Ο καθηγητής Asgeir Johan Sørensen (Φωτογραφία από το NTNU AMOS, από τον Thor Nielsen)

Η έννοια της Ελευθερίας του Oceaneering, που εμφανίζεται σε μορφή 3D τυπωμένου μοντέλου στο συνέδριο της Subsea Valley στο Όσλο. (Φωτογραφία: Elaine Maslin)

Previous Next

Τα θαλάσσια αυτόνομα συστήματα που λειτουργούν ανεξάρτητα και σε συνδεδεμένα συστήματα γίνονται γρήγορα ένας τομέας ανάπτυξης στον χώρο της βιομηχανίας των ωκεανών, συμπεριλαμβανομένης της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου.

Η εμφάνιση νέων θαλάσσιων αυτόνομων συστημάτων φαίνεται να είναι ένα εβδομαδιαίο περιστατικό. Καθώς το κόστος έχει μειωθεί σε πολυάριθμες περιοχές, από αισθητήρες έως δορυφόρους, ορισμένα από αυτά τα συστήματα έρχονται επίσης στα χέρια των απλών πολιτών, καθώς και των ωκεανών επιστημόνων, προσπαθώντας να ξεκλειδώσουν τα μυστικά των βαθιών.

Μέρος της κίνησης για αυτά τα συστήματα, τουλάχιστον στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, είναι η μείωση της χρήσης επανδρωμένων επιφανειακών σκαφών, τα οποία είναι δαπανηρά να λειτουργούν και εκπέμπουν καπνούς, στην καλύτερη περίπτωση.

Ο στόχος που έχει τεθεί για το Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας (ΝΤΝΜ) είναι να μειώσει τη χρήση των επιφανειακών σκαφών κατά 80% σε διάφορες επιχειρήσεις πετρελαίου και φυσικού αερίου. Το Κέντρο Αυτόνομων Θαλάσσιων Επιχειρήσεων και Συστημάτων (AMOS) του NTNU έχει ως καθήκον την εξεύρεση λύσεων για την επίτευξη αυτού του στόχου, καθώς και στόχους για αύξηση της κάλυψης χαρτογράφησης και παρακολούθησης κατά 10 σε ένα δέκατο του κόστους. Ένας άλλος στόχος είναι για "ασφαλείς θαλάσσιες επιχειρήσεις οπουδήποτε σε οποιαδήποτε θαλάσσια κατάσταση στο ένα δέκατο του κόστους", λέει ο Asgeir Johan Sørensen, καθηγητής και διευθυντής της AMOS.

Η Νορβηγία έχει άλλα κίνητρα για την παραγωγή προηγμένων ωκεανικών τεχνολογιών. Η χώρα έχει ωκεάνιες περιοχές πέντε έως έξι φορές μεγαλύτερες από τη μάζα της γης, λέει ο Sørensen. Οι βασικές βιομηχανίες της καλύπτουν την αλιεία, τις θαλάσσιες μεταφορές και, για τα τελευταία 50 χρόνια, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. "Κινούμαστε τώρα σε αιολική και υδατοκαλλιέργεια ανοικτής θάλασσας", λέει ο Sørensen. "Για να είμαστε ανταγωνιστικοί, εμείς (οι Νορβηγοί) πρέπει πάντα να έχουμε υψηλή ποιότητα και χαμηλό κόστος", γι 'αυτό και οι επιχειρήσεις διερευνούν τη χρήση αυτόνομων συστημάτων. "Η Νορβηγία έχει επίσης τεράστια ευθύνη όσον αφορά τη διακυβέρνηση και τη διαχείριση των ωκεανών, συμπεριλαμβανομένης της αρκτικής."

Αρχικά, η εργασία στον τομέα του πετρελαίου και του φυσικού αερίου, προκειμένου να αποφευχθεί ο κίνδυνος για τους δύτες, οδήγησε στη Νορβηγία να επιδιώξει την εκμετάλλευση υποθαλάσσιων τεχνολογιών με τηλεχειρισμό. Πρόσφατα, η βιομηχανία προσπαθεί να αναπτύξει αυτόνομα συστήματα υποθαλάσσιας, από τον εξοπλισμό επεξεργασίας έως τα υποθαλάσσια οχήματα, όπως τα αυτόνομα υποβρύχια οχήματα εντοπισμού αγωγών.

Κατά τη διάρκεια του περασμένου έτους, η Statoil της Νορβηγίας εργάζεται για την κατασκευή υποβρύχιων οχημάτων με τη χρήση δύο διαφορετικών τηλεκατευθυνόμενων οχημάτων (ROVs), ένα από τα κεντρικά γραφεία της Oceouering στο Χιούστον (e-Novus) και ένα από IKM με έδρα τη Νορβηγία, και ακόμη και μηνιαίες υλοποιήσεις. Ωστόσο, παρόλο που αυτές οι εφαρμογές σήμαιναν ότι τα οχήματα ήταν αυτόνομα, επειδή δεν χρειάζονταν πλέον ένα σκάφος υποστήριξης, ήταν ακόμη δεμένα και λειτουργούσαν από το χερσαίο προσωπικό.

Το επόμενο βήμα θα είναι τα οχήματα που μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς πρόσδεση, όπως η νέα έννοια του Freedom της Oceaneering, η οποία παρουσιάστηκε στη διάσκεψη της Subsea Valley στο Όσλο. Είναι μια εγχώρια ιδέα ROV, βασισμένη σε ένα υβριδικό όχημα, που θα ζούσε σε μια υποθαλάσσια βάση σύνδεσης και θα ήταν σε θέση να πετάξει έξω σε αποστολές είτε σε δεμένη (απομακρυσμένη λειτουργία) είτε σε ανοικτή (αυτόνομη) λειτουργία. Θα είχε μπαταρίες επί του σκάφους που θα επαναφορτώνονταν στο σταθμό σύνδεσης και ένα "περιοδικό" εργαλείων που θα μπορούσε να επιλέξει από. Η εταιρεία ελπίζει να πραγματοποιήσει δοκιμές ανοικτής θάλασσας με ένα πρωτότυπο, το οποίο αναμένεται να είναι περίπου 3,3 εκατομμύρια, το επόμενο έτος, δήλωσε ο Arve Iversen, διευθυντής επιχειρήσεων ROV, στην Subsea Valley.

Πολλά περισσότερα όμως γίνονται για την ανάπτυξη αυτόνομων συστημάτων. Το NTNU AMOS δημιουργήθηκε από το Τμήμα Ναυτικής Τεχνολογίας και Μηχανικής Κινηματολογίας στην NTNU, σε συνεργασία με άλλους διεθνείς ερευνητικούς συνεργάτες και με εταιρείες της Νορβηγίας, ως υποστήριξη του Συμβουλίου Έρευνας της Νορβηγίας από το 2013 για 10 χρόνια. Από το 2013, έχει ήδη δημιουργήσει 53 διδακτορικούς φοιτητές και πολλά άλλα spin-outs, συμπεριλαμβανομένης της εταιρίας Scout, και της BluEye, μια εταιρεία παρακολούθησης ROV (βαθιά υποβρύχια εμπορική αεροσκάφη), με χρήση του στυλ Go-Pro. Αυτός ο συνδυασμός εταιρειών δίνει μια ιδέα για το πού κατευθύνεται η έρευνα, δηλαδή διασυνδεδεμένα δίκτυα συστημάτων.

Εκτός από τις προσπάθειες που καταβάλλουν για τη βελτίωση της νοημοσύνης σε συστήματα, όπως τα συστήματα ισχύος, καθιστώντας τα πιο έξυπνα για τη βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας και της χρήσης της μπαταρίας, η AMOS εξετάζει επίσης σμήνη και ετερογενή συστήματα που εμπλέκονται σε αέρος και υποθαλάσσια αεροσκάφη, τα οποία θα απαντούσαν σε δορυφορική υποδομή για επικοινωνία και συνδεσιμότητα.

Προφανώς, το κόστος αποστολής ενός δορυφόρου στο διάστημα έχει μειωθεί, σε $ 390.000 - $ 520.000, λέει ο Sørensen. "Ενώ έχουν περιορισμένη λειτουργικότητα και μόνο τα τελευταία τρία έως πέντε χρόνια, είναι σημαντικά για αυτόνομα συστήματα", λέει. "Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα δορυφόρο, να στείλουμε ένα κρουαζιερόπλοιο, να συνεργαζόμαστε με μη επανδρωμένα πλοία, για κοινές επιχειρήσεις".

Η Νορβηγία γίνεται χώρος δοκιμών για τις τεχνολογίες αυτές, με ορισμένες περιοχές που χαρακτηρίζονται ως δοκιμαστικές κλίνες, συμπεριλαμβανομένου του Trondheimsfjord στη βόρεια Νορβηγία, του Storfjord στο βορειότερο τμήμα της δυτικής Νορβηγίας, μιας περιοχής με αρκετές διαβάσεις πορθμείων που θεωρούνται κατάλληλες για δοκιμές και ανάπτυξη τεχνολογίας αισθητήρων και Horten στο φιορδ του Όσλο στη νότια Νορβηγία.

Πράγματι, η Kongsberg, η οποία εργάζεται σε μεγάλο βαθμό στην αυτόνομη ναυτιλία, συμπεριλαμβανομένου ενός "αυτόνομου και ηλεκτρικού" πλοίου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων, η Yara Birkeland, συνεργάζεται με το μη επανδρωμένο NTNU, υποβρύχιο "φίδι" ρομπότ spin-out Eelume. Η Kongsberg ασχολείται επίσης με πολλά άλλα έργα (έχοντας εδραιώσει τη θέση της στην αγορά αυτόνομων υποβρύχιων οχημάτων (AUV) με τα AUVs Munin και Hugin), συμπεριλαμβανομένου του Sea-Kit, ενός υβριδικού AUV-ASV, K-MATE αυτόνομο σύστημα ελέγχου επιφανειακών σκαφών.

Όμως, πρέπει να είμαστε προσεκτικοί στο πώς καθορίζουμε την αυτονομία, σε σύγκριση με την αυτοματοποίηση, λέει ο Sørensen. "Ο αυτοματισμός είναι ο τρόπος με τον οποίο εκτελείτε σαφώς καθορισμένα καθήκοντα χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Η αυτονομία είναι όταν αντιμετωπίζουμε ένα αδόμητο περιβάλλον και αβεβαιότητα. Συνήθως μπαίνετε με μη επανδρωμένα συστήματα όταν υπάρχουν τα τρία Ds: θαμπό, βρώμικα και επικίνδυνα. Αυτόνομο είναι όταν δεν έχουμε συνδέσμους και γι 'αυτό και το υποβρύχιο οδηγεί αυτόν τον τομέα. Αυτό (ένα σύστημα ή ένα όχημα) πρέπει να βρίσκεται εκεί μόνος του και να λαμβάνει αποφάσεις. Οι προγραμματισμένες αποστολές δεν είναι αυτονομία. Είναι μόνο αυτονομία όταν συμβαίνει ένα απρογραμμάτιστο γεγονός και πρέπει να πάρει μια απόφαση. "

Υπάρχουν επίσης διαφορετικά επίπεδα αυτονομίας, λέει και διαφορετικές προσεγγίσεις. Κάποιος, ο άνθρωπος είναι ακόμα στον βρόχο. Δύο, διαχείριση με συγκατάθεση, χρησιμοποιώντας τηλελειτουργούς, ένα πεδίο που ξεκίνησε στη διαστημική βιομηχανία λόγω της καθυστέρησης στα σήματα αναμετάδοσης. Τρία, διαχείριση κατά εξαίρεση. "Πολλές δεξαμενές πετρελαίου και φυσικού αερίου και εγκαταστάσεις ανοικτής θάλασσας βρίσκονται στο τρίτο επίπεδο, διαχείριση εξαιρέσεων. Στο πλοίο, υπάρχουν χιλιάδες σήματα μόνο για τον έλεγχο της μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι το σύστημα είναι περισσότερο ή λιγότερο αυτόνομο. Τέσσερις, ιδιαίτερα αυτόνομοι. Ο Σόρενσεν λέει ότι είναι πλήρως αυτόνομη και δεν χρησιμοποιείται - η συζήτηση είναι μάλλον φιλοσοφική.

Η εφαρμογή της αυτονομίας μπορεί επίσης να λάβει διάφορες μορφές. Οι πλατφόρμες μπορούν να αντιληφθούν στη συνέχεια να ενεργήσουν, να νοήσουν, να σχεδιάσουν και να δράσουν. Ενώ κάτι σαν το σύστημα διαχείρισης ισχύος της Kongsberg για δυναμική τοποθέτηση έχει αυτονομία, δεν είναι τόσο ικανό να αναδιαμορφώσει και να προβεί σε συνειδητές επιλογές, λέει ο Sørensen, δίνοντας ένα παράδειγμα. Ομοίως, μια μη επανδρωμένη πλατφόρμα δεν είναι αυτόνομη, είναι αντιδραστική, λέει. Θα μπορούσε να γίνει πιο αυτόνομη με την εισαγωγή αρχιτεκτονικής εσκεμμένου ελέγχου. Πάρτε ένα ακόμα βήμα και το σύστημα μπορεί να μάθει με την αίσθηση και με το να κάνει.

Πρέπει να ενσωματωθεί κριτικά η επίγνωση της κατάστασης, ώστε να υπάρξει υψηλό επίπεδο αυτονομίας. "Αυτός είναι ένας από τους κρίσιμους τομείς που σχετίζονται με την τεχνολογία των αισθητήρων", επηρεάζοντας τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να γίνει αντιληπτό το περιβάλλον. "Είναι σε θέση να αντιληφθεί και να αισθανθεί την πληροφορία και στη συνέχεια να αρχίσει να προβάλλει αυτές τις πληροφορίες στο μέλλον (δηλ. Να κάνει προβλέψεις και να ενεργήσει πάνω τους); Αυτός είναι ένας κρίσιμος τομέας έρευνας στον οποίο εργαζόμαστε ».

Παραδείγματα αυτού του είδους είναι τα συστήματα χαρτογράφησης που είναι ικανά να ανιχνεύουν από μόνοι τους τυχόν κενά στα δεδομένα που έχουν συλλέξει και να επιστρέψουν και να τα συμπληρώσουν κατά τη διάρκεια μιας αποστολής. Ένα έξυπνο σύστημα όπως αυτό χρησιμοποιήθηκε για την παρακολούθηση του πλαγκτόν στην στήλη του νερού, αφού έπρεπε να βρει το πλαγκτόν στην πρώτη θέση και μετά να το ακολουθήσει. Αυτές οι δυνατότητες θα είναι ζωτικής σημασίας όταν τα συστήματα λειτουργούν με και γύρω από τα υποθαλάσσια συστήματα πετρελαίου και φυσικού αερίου, το οποίο αναμένεται να είναι ένας από τους κύριους τομείς όπου απαιτούνται αυτόνομα συστήματα, μαζί με την επιστήμη των ωκεανών, λέει ο Sørensen.

Για όποιο και αν είναι ο σκοπός, είτε είναι η εξερεύνηση πετρελαίου και φυσικού αερίου, η ανάπτυξη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας ή υδατοκαλλιέργειας, η ναυτιλία ή η επιστήμη των ωκεανών, η εμβέλεια και η ικανότητα του υποθαλάσσιου εξοπλισμού και των βοηθητικών και υποστηρικτικών συστημάτων επεκτείνονται την ημέρα, βοηθούμενη από τις εξελίξεις στον τομέα των ΤΠΕ, (για την κίνηση φιδιών που χρησιμοποιείται από τον Eelume, για παράδειγμα), συμπεριλαμβανομένων των νέων υλικών, των μικροηλεκτρικών μηχανικών συστημάτων και των μεγάλων δεδομένων. Για παράδειγμα, αναπτύσσονται συστήματα που θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν και να κατανείμουν δυνάμεις κατά μήκος του σώματος ενός υποβρύχιου οχήματος, προκειμένου να αντισταθμίσουν ή να μειώσουν την οπισθέλκουσα, λέει ο Sørensen. Αναφέρεται επίσης στα συστήματα μικροηλεκτρονικής ενεργοποίησης και ανίχνευσης και συστήματα μηχανικής όρασης που χρησιμοποιούν υπερφασματική ανίχνευση, η οποία μπορεί να λάβει οποιοδήποτε μήκος κύματος για να ταξινομήσει και να ανιχνεύσει πράγματα που δεν μπορούσαμε να κάνουμε πριν. Οι δυνατότητες είναι τεράστιες.

Ο Sørensen βλέπει επίσης έναν "εκδημοκρατισμό" αυτού του χώρου. Με τους φθηνότερους δορυφόρους και τα εμπορικά υποβρύχια αεροσκάφη διαθέσιμα στο κοινό, "ο καθένας μπορεί να είναι επιστήμονας στον ωκεανό." Είναι μια έγκαιρη διαθεσιμότητα τεχνολογίας, λέει ο Sørensen. "Όλοι θα πρέπει να γνωρίζουν τους ωκεανούς και πώς τους φροντίζουμε. Κάνοντας πλαστικά στον ωκεανό, δεν θα ξεφύγουμε από αυτό, το κοινό θα το δει όλο και περισσότερο.

"Βλέπουμε ότι υπάρχουν τεράστιες δυνατότητες για μη επανδρωμένα αυτόνομα συστήματα, από το διάστημα μέχρι το θαλασσινό νερό για χαρτογράφηση και παρακολούθηση των ωκεανών", λέει ο Sørensen.

Πώς θα κυβερνήσει και θα ρυθμιστεί αυτός ο κόσμος για να απαντηθεί ακόμα. Υπάρχουν επίσης ανησυχίες για την ασφάλεια στον κυβερνοχώρο. Αλλά, οι άνθρωποι πρέπει επίσης να εξετάσουν τα επιχειρηματικά τους μοντέλα, λέει ο Sørensen. "Σε περίπτωση που κάθοτε, θα ανησυχούσα για το επιχειρησιακό μοντέλο μου. Υπάρχουν αλλαγές που συμβαίνουν, πρέπει να είσαι ξύπνιος ", λέει ο Sorensen.


(Όπως δημοσιεύθηκε στην έκδοση του Απριλίου 2018 του Reporter για τη θαλάσσια τεχνολογία )