Μη επανδρωμένα οχήματα: 25 χρόνια ορόσημα

Ένα Hugin AUV που ξεκίνησε (Ευγένεια Kongsberg)

QinetiQ SEAScout Mk2 UUV της Βόρειας Αμερικής στο ANTX 2018 (Courtesy QinetiQ North America)

Τα Riptide UUVs χρησιμοποιούν ανοικτές αρχιτεκτονικές για να επιτρέπουν στους χρήστες (ευγενική παραλαβή)

Ένα πρώιμο πρωτότυπο ASV (Courtesy J. Manley)

Previous Next

Με την έναρξη του 2019, η τεχνολογία των ωκεανών τεχνολογίας γιορτάζει τα 50 χρόνια της Oceanology International, μια παγκόσμια συγκέντρωση και επίδειξη των εργαλείων και των τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται από τη ναυτιλιακή βιομηχανία, την επιστήμη και την άμυνα. Σε αυτό το αναδρομικό πνεύμα, είναι χρήσιμο να κοιτάξουμε την ιστορία της κοινότητας των μη επανδρωμένων θαλάσσιων οχημάτων (UMV). Ενώ υπάρχουν ιστορικές εξελίξεις στον τομέα ήδη από το 1957, η σύγχρονη εποχή εντοπίζει τις ρίζες της στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Μια βασική πηγή τεχνολογικών εξελίξεων ήταν το εργαστήριο MIT Sea Grant Autonomous Underwater Vehicle (AUV), το οποίο δημιούργησε πολυάριθμα οχήματα, ξεκίνησε έναν ηγέτη της βιομηχανίας και εκπαίδευσε πολλούς μηχανικούς που τώρα διαμορφώνουν το χώρο σε όλο τον κόσμο.

Η εξέλιξη των AUV, μερικές φορές γνωστές ως UUV, και των αυτόνομων επιφανειακών οχημάτων (ASV), μερικές φορές γνωστές και USVs, απεικονίζει τόσο τις τεχνικές όσο και τις εμπορικές επιρροές. Δεδομένου ότι η τεχνολογία έχει ωριμάσει τις εφαρμογές και τις επιπτώσεις των επιχειρήσεων έχει αυξηθεί πάρα πολύ.

AUVs Στη συνέχεια
Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 το εργαστήριο MIT AUV συνεργάζεται με μια σειρά οχημάτων γνωστή ως κλάση Οδύσσειας. Αυτά ήταν περίπου 21 ίντσες σε διάμετρο και περίπου 2 μέτρα μήκος. Έχουν σχεδιαστεί για να βουτήξουν τόσο βαθιά όσο τα 6.000 μέτρα αλλά είναι σχετικά προσιτά και εύκολα να αναπτυχθούν. Αυτά τα οχήματα υποστηρίζουν πολλές επιστημονικές αποστολές, συμπεριλαμβανομένης της εργασίας κάτω από πάγο στην Αρκτική και την ωκεανογραφία στην Ανταρκτική. Ένα βασικό πρόγραμμα που υποστηρίζεται από αυτά τα οχήματα, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από το Γραφείο Ναυτικών Ερευνών (ONR), ήταν γνωστό ως Δίκτυο δειγματοληψίας αυτόνομων ωκεανών. Αυτό πρωτοπόρα σχέδια για την αποβίβαση AUVs. Πραγματοποιήθηκαν επίσης πειράματα στη χαρτογράφηση ναυσιπλοΐας και το κυνήγι ναρκών κατά τα πρώτα δέκα χρόνια λειτουργίας του εργαστηρίου AUV. Το 1997 η Bluefin Robotics ιδρύθηκε για τη μετάβαση αυτών των ιδεών στη βιομηχανία, τον πρώτο από τους πολλούς κατασκευαστές AUV που θα ακολουθήσουν.
Οι τεχνολογικές εξελίξεις της Οδύσσειας άγγιξαν σε όλους τους τομείς. Οι βασικές εξελίξεις στον έλεγχο των μη επανδρωμένων οχημάτων ενέπνευσαν τις σύγχρονες κοινότητες λογισμικού. Συγκεκριμένα, η λειτουργική σουίτα Mission Oriented Operations Suite (MOOS) ξεκίνησε στο εργαστήριο MIT AUV στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Άλλες τεχνικές εξελίξεις που πραγματοποιήθηκαν ήταν πειράματα με πρώιμα ακουστικά μόντεμ και αρχεία καταγραφής ταχύτητας Doppler (DVL). Τα συστήματα ωφέλιμου φορτίου ενσωματώθηκαν και αξιολογήθηκαν. Οι πρώιμοι ψηφιακοί ηχοεντοπιστές πλευρικής σάρωσης ήταν ένα σημαντικό βήμα προς τα AUV της σημερινής έρευνας. Η πρώτη ενσωμάτωση ενός προφίλ κάτω από κάτω σε ένα AUV ολοκληρώθηκε επίσης από το εργαστήριο MIT AUV κατά την πρώτη του δεκαετία.

Μια οδύσσεια AUV εξοπλισμένη με πρώιμο προφίλ κάτω-κάτω (Courtesy J. Manley) AUVs Σήμερα

Τα AUV έρχονται σε πολλά σχήματα και μεγέθη. Τεχνολογίες που δεν ήταν εφικτές πριν από 25 χρόνια είναι συνηθισμένες. Το όχημα Hugin είναι σήμερα ένα από τα κορυφαία επαγγελματικά οχήματα. Είναι επεξηγηματικό για ολόκληρη την κοινότητα, προσφέροντας μια ολοκληρωμένη σουίτα αισθητήρα ωφέλιμου φορτίου, συμπεριλαμβανομένου του σόναρ πλευρικής σάρωσης, του προφίλ κάτω από το κάτω μέρος, των ακουστικών πολλαπλών ακτίνων, των μαγνητόμετρων και των φωτογραφικών μηχανών. Τα αναδυόμενα ωφέλιμα φορτία που καταδεικνύονται στο Hugin περιλαμβάνουν σόναρ συνθετικού ανοίγματος και σαρωτές λέιζερ. Η λύση πλοήγησης για Hugin AUVs χρησιμοποιεί ακατέργαστη έξοδο από μια αδρανειακή μονάδα μέτρησης (IMU) επί του σκάφους σε συνδυασμό με άλλους διαθέσιμους επί τόπου αισθητήρες που υποβάλλονται σε επεξεργασία σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας ένα φίλτρο Kalman. Αυτές είναι όλες οι σημαντικές βελτιώσεις από τα πρώτα οχήματα της Οδύσσειας που έφεραν λίγο περισσότερο από έναν αισθητήρα θερμοκρασίας και υπολογίζονται οι στροφές του έλικα για σκοπούς υποβρύχιου προσδιορισμού θέσης.

Εμπορικά Hugin, και οι ανταγωνιστές του, εξυπηρετούν πολλές αγορές. Οι στρατιωτικοί αγοραστές χρησιμοποιούν AUV για το κυνήγι ορυχείων και τη φυσική ωκεανογραφία. Οι χρήστες της επιστήμης αναζητούν ναυάγια και υδροθερμικές αεραγωγοί. Αλλά ο πιο ζωντανός εμπορικός τομέας για τα AUVs είναι στην υπεράκτια ενέργεια. Τόσο το πετρέλαιο όσο και το φυσικό αέριο και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως ο ανοικτός αιολικός τομέας, χρησιμοποιούν AUV για πολλούς διαφορετικούς τύπους αποστολών από τον χαρακτηρισμό και την επιθεώρηση της τοποθεσίας έως την επιθεώρηση αγωγών. Η θαλάσσια υδρογραφία και οι 3D ψευδο-σεισμικές καθώς και οι αρχαιολογικές μελέτες είναι επίσης κοινές εμπορικές εφαρμογές. Σήμερα η έρευνα AUV δεν είναι απλώς αποδεκτή, αλλά αναμένεται, σε πολλές θαλάσσιες εφαρμογές.

Με την έρευνα των AUVs να γίνονται συνηθισμένες, τα αναδυόμενα σύνορα για τα AUV περιλαμβάνουν καινοτόμες έννοιες που επιτρέπουν οι σύγχρονες ηλεκτρονικές, σχεδιαστικές και κατασκευαστικές τεχνικές. Στην SEAScout της QinetiQ της Βόρειας Αμερικής βλέπουμε μια συμπαγή και απλή προσέγγιση. Η Gavia της Teleynde προσφέρει modularity για το ωφέλιμο φορτίο και τα εξαρτήματα του συστήματος, ενώ η οικογένεια Riptide UUV αξιοποιεί προσεγγίσεις ανοικτού κώδικα για να είναι ιδιαίτερα φιλική προς το χρήστη.

Το SEAScout της QinetiQ της Βόρειας Αμερικής είναι ένα ελαφρύ UUV μεγέθους A, το οποίο διαθέτει επανασχεδιάσιμη χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου που του επιτρέπει να εκτελεί πολλαπλές θαλάσσιες αποστολές, όπως σκάκι, σημαδούρα πύλης, εξουδετερώνει, συλλογή δεδομένων, ευφυΐα, επιτήρηση και αναγνώριση. Η τελευταία γενιά SEAScout, προσφέρει βελτιωμένη αντοχή, επικοινωνία και ακρίβεια πλοήγησης, καθώς και νέα ωφέλιμα φορτία. Αυτή η εργασία βασίζεται στην επιτυχή ενσωμάτωση ενός ακουστικού ωφέλιμου φορτίου που παρουσιάστηκε στο ANTX 2018. Το νέο αυτό συμπαγές UUV έχει σχεδιαστεί για να μπορεί εύκολα και εύκολα να χρησιμοποιείται από ναυτικούς των ναυτικών των ΗΠΑ χωρίς εξειδικευμένη εκπαίδευση, απλοποιώντας την απασχόληση σε πραγματικές αποστολές.

Η Gavia της Teledyne χρησιμοποιεί ένα μοναδικό μηχανικό / ηλεκτρικό σχεδιασμό που επιτρέπει την αποσυναρμολόγηση του οχήματος σε μικρότερα εξαρτήματα. Αυτό επιτρέπει την εύκολη ανάπτυξη του οχήματος με βαθμολογία 1.000 μέτρων σε όλο τον κόσμο. Παρέχει επίσης τη δυνατότητα στους χρήστες του οχήματος να επεκτείνουν τις μελλοντικές τους λειτουργίες με νέα δομοστοιχεία ωφέλιμου φορτίου που είναι συμβατά προς τα πίσω με AUVs που χτίστηκαν πριν να είναι διαθέσιμοι οι αισθητήρες ωφέλιμου φορτίου. Αυτό έχει αποδειχθεί με τα AUVs που παραδόθηκαν το 2008 χρησιμοποιώντας νέες μονάδες ωφέλιμου φορτίου που χτίστηκαν το 2018, ένα πλήρες δέκα χρόνια αργότερα.

Η Gavia Modular AUV της Teledyne (ευγενική προσφορά Teledyne Marine)

Η Riptide Autonomous Solutions έχει χτίσει μια οικογένεια AUVs. Ξεκίνησε με microUUV και επεκτάθηκε σε μεγαλύτερες και βαθύτερες παραλλαγές. Αλλά είναι αυτό που έχει σημασία στο εσωτερικό. Χρησιμοποιώντας τις τελευταίες εξελίξεις στην ηλεκτρονική και το λογισμικό, τα οχήματα Riptide είναι ιδιαίτερα ευέλικτα. Η αρχιτεκτονική τους διαθέτει ανοικτές διασυνδέσεις υλικού και λογισμικού για την παροχή στους χρήστες μιας αξιόπιστης και ισχυρής πλατφόρμας για την προώθηση της τεχνολογικής ανάπτυξης. Η ίδια προσέγγιση επέτρεψε επίσης στην εταιρεία να προσαρμόσει γρήγορα και να δρομολογήσει νέα τυποποιημένα προϊόντα εντός 14 μηνών. Ενώ αυτό δεν είναι αρκετά το ρυθμό των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, είναι πολύ γρήγορη ανάπτυξη προϊόντων. Η κοινότητα AUV κινείται γρήγορα στα επόμενα 25 χρόνια.

ASVs Στη συνέχεια
Όπως και με τα AUV, το MIT ήταν πηγή ανάπτυξης πρώιμης αυτόνομης επιφανειακής οδού (ASV). Υπήρχαν σημαντικές παραλληλίες με την εργασία AUV. Τα πρώιμα πρωτότυπα της δεκαετίας του 1990 δεν χρησιμοποιούσαν το GPS, δεν διέθεταν WiFi, και αγωνίστηκαν με ωφέλιμα φορτία. Όπως και τα AUV της Οδύσσειας, αυτά τα οχήματα χρησιμοποιούν μια πλήρως αυτόνομη προσέγγιση χωρίς οποιαδήποτε αλληλεπίδραση οχήματος μόλις ξεκινήσει μια αποστολή. Ένας τομέας πρώιμης καινοτομίας στην επιφάνεια ήταν η χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης για πρόωση. Αυτά τα πρώιμα ASV εμπνεύστηκαν αρχικά από την έρευνα στον τομέα της αλιείας, τα οποία προορίζονταν ως εργαλεία για την παρακολούθηση των ιχθύων με επισημάνσεις. Τελικά η εστίαση μετατοπίστηκε στην υδρογραφική έρευνα, η οποία έγινε σήμερα μια από τις πιο κοινές αποστολές.

ASVs Now
Τα τελευταία χρόνια έχουν πολλαπλασιαστεί τα ASV, ειδικά τα μικρά συστήματα που χρησιμοποιούνται για την ακτογραμμή. Στον τομέα των ωκεάνιων συστημάτων υπάρχουν λιγότεροι παίκτες. Η ASV Global, τώρα L3 ASV, πρωτοστάτησε στην περιοχή αυτή, εξειδικευμένη στην ανάπτυξη, προμήθεια και ενσωμάτωση της μη επανδρωμένης τεχνολογίας πλοίων επιφανείας. Προσφέρουν μια σειρά ολοκληρωμένων συστημάτων USV μήκους από δύο έως δεκαπέντε μέτρα. Εκτός από το φάσμα προϊόντων της L3 ASVs, η εταιρεία αναλαμβάνει έργα μετατροπής πλοίων και μικρών σκαφών για μη επανδρωμένες επιχειρήσεις. Η ευρεία γκάμα προϊόντων επιτρέπει στην ASV να παρέχει ποικίλες και αποδεδειγμένες λύσεις στην αγορά για επιχειρήσεις σε ένα εσωτερικό, παράκτιο και υπεράκτιο περιβάλλον. Έχουν παραδώσει περισσότερα από 100 αυτόνομα συστήματα σε περισσότερους από 60 πελάτες σε 15 χώρες. Όπως και τα AUVs έρευνας, τα ASV είναι πλέον ένα αποδεδειγμένο εργαλείο.
Η αποστολή ναυτικής έρευνας παραμένει βασική εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας. Σε αυτό τον τομέα, η ASV ανακοίνωσε πρόσφατα μια συνεργασία με την Fugro, παγκόσμιο ηγέτη της έρευνας, για τη δημιουργία της επόμενης γενιάς αυτόνομων πλοίων για την αγορά εμπορικών ερευνών. Η ανάπτυξη αυτής της νέας αυτόνομης λύσης πλοίου θα βοηθήσει τη βιομηχανία έρευνας να μειώσει την έκθεση του υπεράκτιου προσωπικού και να αυξήσει την επιχειρησιακή αποτελεσματικότητα, καθιστώντας τις επιχειρήσεις ασφαλέστερες και οικονομικότερες.
L3 ASV C-Worker 5 Αυτόνομο σκάφος (ευγένεια: L3 ASV)
Μη επανδρωμένα συστήματα που μετακινούν τους ωκεανούς στο μέλλον
Από τα μέσα της δεκαετίας του '90 το διαδίκτυο, το λογισμικό και τα εξελιγμένα ηλεκτρονικά συστήματα έχουν μετατρέψει τη ζωή στην ξηρά. Στη θάλασσα υπήρξαν εξίσου μετασχηματιστικές εξελίξεις. Τα πρώιμα AUVs και τα ASV απέδειξαν τη δυνατότητα των μη επανδρωμένων συστημάτων να μετασχηματίζουν τις ωκεάνιες επιχειρήσεις σε όλους τους τομείς της κυανής οικονομίας. Τα πρώιμα AUVs παρείχαν αποτελέσματα για την ωκεανογραφία, σήμερα εξυπηρετούν διάφορους τομείς και αποτελούν θεμελιώδες στοιχείο της έρευνας στην ανοικτή θάλασσα. Τα ASVs έχουν εξελιχθεί από τα βασικά εργαλεία κοντά στην ξηρά σε παγκόσμιες πλατφόρμες που συνδέονται με τους χειριστές χιλιάδες μίλια μακριά. Σε 25 χρόνια αναπτύχθηκαν εκατοντάδες νέα μη επανδρωμένα θαλάσσια οχήματα. Έχουν διασχίσει τους ωκεανούς, ανακάλυψαν ναυάγια, βρήκαν ορυχεία και έβλεπαν εκατοντάδες χιλιάδες μίλια θαλασσινών.
Το οραματιστικό άρθρο του Henry Stommel, Η αποστολή Slocum, δημοσιεύθηκε το 1989. Αναμενόταν στόλοι αυτόνομων οχημάτων να περιπλανιούνται στον ωκεανό σε μεγάλες χρονικές κλίμακες και να συλλέγουν πρωτοφανή νέα σύνολα ωκεανογραφικών δεδομένων. Τώρα, 30 χρόνια αργότερα, με τη συνεχιζόμενη επιτυχία των μη επανδρωμένων υποθαλάσσιων και επιφανειακών οχημάτων, το όραμα του Stommel έχει αποδειχθεί, αν δεν επιτευχθεί.

Σχετικά με τον Συγγραφέα
Ο Justin Manley είναι τεχνολόγος και εκτελεστικό μέλος με εμπειρία σε νεοσύστατες εταιρίες, εταιρείες, ακαδημαϊκούς και κυβέρνηση. Στο Just Innovation Inc. υποστηρίζει πελάτες με έμφαση στα μη επανδρωμένα συστήματα.