Инженеры из Отделения аэронавтики и астронавтики Стэнфорда и Научно-исследовательский институт аквариумов в заливе Монтерей разработали автономные подводные аппараты, которые могут фотографировать районы дна океана, которые когда-то были слишком рискованными для этих робототехнических исследователей.
Подводные роботы просто умнее. Инженеры из Стэнфорда и Исследовательского института аквариумов в Монтерей-Бей (MBARI) разработали систему, которая позволяет автономным подводным аппаратам (AUV) лучше предвосхищать препятствия на своем пути, позволяя им безопасно фотографировать даже предательские отдаленные районы дна океана.
Съемка серии фотографий тех же областей с течением времени помогает ученым контролировать морское дно для перемен. Например, биолог-консерватор может захотеть наблюдать, как вид и местообитания в морских охраняемых районах восстанавливаются после донного траления, коммерческий метод промысла, который включает в себя перетягивание взвешенной сетки, охватывающей сотни квадратных футов вдоль дна океана.
Отмечая изменения в видах и местообитаниях, можно также измерить изменение климата.
Фотографирование океанского дна с помощью подводных аппаратов не нова, но программная система, разработанная Сарой Хаутс, кандидатом в докторантуру в Лаборатории аэрокосмической робототехники Стэнфорда, впервые предоставит авторам автономное изображение скручивающих оврагов и других опасных топографических объектов.
До сих пор ученые могли изображать эти сложные пространства только дистанционно управляя самим кораблем с корабля, дорогостоящей, непрактичной операцией для миссий, связанных с периодическим мониторингом морского дна. «Это позволяет гораздо большую гибкость, – сказал Стивен Рок, директор лаборатории аэрокосмической робототехники.
Исследователи из исследовательского института аквариума недавно разработали AUV, которые могут изображать океанский пол самостоятельно, но только там, где он относительно ровный. Но Рок и другие исследователи считают, что самая интересная наука скрыта в крутых каньонах и других интересных местах.
«Нам нужно иметь возможность попасть в интересные районы, – сказал Рок.
Зная, что делать
Чтобы спроектировать систему, позволяющую торпедообразному транспортному средству перемещаться по отдаленным, опасным подводным объектам, фотографировать и возвращать неповрежденным, Houts построил систему наземной относительной навигации (TRN), разработанную Rock и инженером MBARI Робом Макьюеном. TRN позволяет транспортному средству знать его местоположение, сопоставляя его высоту (ее расстояние над дном океана) до существующей карты местности. Но чтобы гарантировать, что автомобиль появится невредимым, Хаутс должен был дать ему возможность предвидеть и избежать препятствий.
Используя карту местности, Хаутс рассчитал оптимальные траектории, а также оптимальную высоту, скорость и ориентацию транспортного средства в каждой точке вдоль траектории полета, позволяя AUV безопасно летать близко к дну океана. Автономное судно применяет алгоритмы, чтобы управлять своими препятствиями на своем пути.
«Мы говорим:« Теперь, когда я знаю, где я, это то, что вы хотите здесь делать. Именно так вы хотите быть, это тот угол, который вы хотите, – сказал Рок.
Инженеры Stanford и MBARI провели успешную полевую проверку с новой системой AUV в Monterey Bay две недели назад, в ходе которой они запрограммировали транспортное средство, чтобы пролететь над утесом на постоянной высоте, чтобы убедиться, что он понимает команды, которые они ему дают.
В другом испытании, запланированном на начало следующего месяца, они сравнивают этот маршрут полета с тем, который принимает AUV, когда он запрограммирован с помощью алгоритмов Houts.
Рок ожидает, что его группа начнет выполнять миссии с новой системой к следующему году.
«Огромный сдвиг»
Houts хочет адаптировать упреждающую технологию к соответствующему проекту с MBARI для мониторинга айсбергов для изменений. Подобно тому, как AUV будет фотографировать определенные участки на дне океана, автомобиль в этом проекте собирал образцы из определенных частей айсберга – с одной дополнительной задачей.
«Айсберг движется по океану, поэтому автомобиль должен также иметь возможность оценить, как движется айсберг, чтобы он мог оставаться с ним и следовать ему», – сказал Хаутс. «Теперь ваша карта не стационарная. Он движется в пространстве. … Вся дополнительная задача сделать это вокруг движущегося объекта действительно интересна ». Программа НАСА по астробиологии« Наука и технология для изучения планет », которая финансирует проект, хочет использовать аналогичную технологию с астероидами, пролетающими через солнечную систему.
Инженеры надеются сделать свою систему AUV полностью автономной к следующему году. «Цель состоит в том, чтобы иметь возможность делать это без карты и просто проводить измерения впереди вас в местности и соответствовать траектории», – сказал Хаутс. Но исследователи объединили бы измерения в реальном времени с картой для областей, где они существуют.
Рок сказал, что работа его группы является частью «огромного сдвига» от дистанционно управляемых автомобилей до автономных транспортных средств.
Переход, происходящий в подводных исследовательских программах, параллелен удалению НАСА от работы планетарных роверов наземными станциями управления. Когда компьютерная обработка становится более мощной, чем когда-либо, инженеры имеют новую возможность сделать полностью автономные миссии реальностью.