Transformatörler 3000 metre derinlikte! Orijinal NASA ekibi su altı robotları geliştirdi: su altı uzaydan daha zor
Akıllı şeyler (genel hesap: zhidxcom) düzenlendi | Wang Ying
Giriş: Yeni su altı robotu 30 saniyede bir insan formuna dönüşebilir ve derin deniz görevini manuel kontrol olmadan tamamlayabilir.
Birkaç ay önce 17 Şubat'ta akıllıca haberler, "IEEE Spectrum" özel editörü Evan Ackerman, Houston Mechatronics tarafından üretilen robot denizaltı Aquanaut'u görmek için astronotları eğitmek için NASA'nın yüzme havuzuna geldi. Su bir insan şekline dönüşür.
Aquanaut'un görünümü parlak turuncudur ve minyatür bir denizaltı gibi görünür. Dışarıdan bakıldığında, diğer insansız su altı robotlarından farklı değildir, ancak cep telefonu verileri için sensörler ve ilerleme için iticiler ile donatılmıştır.
Aquanaut tamamen yeni bir tasarımı temsil ediyor ve yaratıcısı Houston Mechatronics, Aquanaut'un denizaltı robotik teknolojisinde devrim yaratabileceğini umuyor.
1. Sualtı robotlarının deformasyon süreci Transformatörlere benzer
Aquanaut'un insan formuna dönüşme süreci, "Transformers" filmindeki sahne gibidir. Robot kabuğunun tepesi yükselir, iki yandan iki büyük kol yayılır ve sensörlerle dolu kama şeklindeki bir kafa yerine döner. Birkaç saniye içinde, Dönüşüm tamamlandı. Şu anda, orijinal olarak pürüzsüz olan denizaltı, çalışmaya başlamaya hazır, yarı insan bir robot haline geldi.
Evan Ackerman havuza girdi ve ağırlıksızlık içinde yüzdüğünü hissetti, sadece görev kontrol merkezi onunla kulaklıkla iletişim kurabilirdi. İki astronot, ondan çok uzak olmayan bir yerde uzay yürüyüşü yapıyordu, ancak uzay eğitim sürecini ziyaret edecek enerjisi yoktu. Gezisinin ana amacı su altı robotu Aquanaut'u görmekti.
Geleneksel insansız su altı robotları genellikle iki kategoriye ayrılır; uzaktan araştırma görevleri için torpido tipi serbest yüzen dalgıçlar ve gemileri desteklemek ve su altı manevraları için dörtgen uzaktan kumandalı makineler. Houston Mechatronics, bu iki modu bir robotta birleştirmeyi umuyor ve bu eşi görülmemiş cesur bir girişim.
Aquanaut, bu tesislere sahip olan ve işleten şirketlerin onları incelemek ve bakımını yapmak için çok para harcamasını gerektiren deniz altı petrol ve gaz tesisatları için bakım hizmetleri sağlamak üzere tasarlanmıştır. Deniz altındaki aşırı çalışma ortamında, güvendikleri robotik teknoloji on yıllardır hiçbir zaman köklü değişikliklere uğramadı.
Houston Mechatronics'in 75 çalışanından 24'ü NASA için çalıştı ve aşırı ortamlarda yaratıcılığı patlatmakta başarılılar. Houston Mechatronics'in kurucu ortağı ve baş teknoloji sorumlusu Nic Radford, NASA'nın Houston'daki Johnson Uzay Merkezi'nde 14 yıl boyunca gelişmiş robotik projeleri üzerinde çalıştı. Dedi ki: "Suyun altına girmek, uzaya girmekten daha zor. Uzay ilkel bir ortam ve su altındaki şeyler çok dinamik. Robotların su altında çalışmasının uzaydakinden 10 veya 50 kat daha zor olduğu sonucuna varamam. . "
Aquanaut, uzun mesafeli seyirler için tasarlanmış esnek bir denizaltıdan karmaşık işlemleri gerçekleştirebilen yarı insansı bir robota dönüşebilir. Aşağıdakiler robot değişim sürecidir:
1. Aquanaut, basitleştirilmiş bir denizaltı modunda denizaltı çalışma yerlerine gider.
2. Robot olay yerine ulaştığında, gövdesinin tepesi yükselecek ve iki büyük kol ve kama şeklindeki bir kafa ortaya çıkacaktır.
3. Kafa, yerinde dönen stereo kamera, 3D sensör ve sonar sistemini taşır.
4. Robot, kuvvet sensörleri ve kıskaçlarla donatılmış güçlü kollarını açar.
2014 yılında Houston Mechatronics'in kuruluşundan bu yana, Nic Radford ve diğer kurucu ortaklar Matt Ondler ve Reg Berka, 23 milyon dolardan fazla risk sermayesi topladı.
2. Aquanaut, açık deniz cihazlarını uzaktan kontrol edebilir ve onarabilir
Açık deniz petrol ve gaz endüstrisi hakkında gördüğümüz ve duyduğumuz işlerin çoğu, insanların denizden su altı sondaj operasyonlarını gerçekleştirdiği platformlarda yapılıyor. Platform, tüm sürecin en belirgin kısmıdır, ancak deniz tabanında da birçok karmaşık altyapı vardır.
Nic Radford, "Robotları uzak yerlere yerleştirmek ve zorlu bir veri ortamında faydalı işler yapmalarına izin vermek, bu büyük sorun için en uygun olanıdır: açık deniz işi."
Deniz tabanındaki kuyu başlıkları, hidrokarbonların yüzeye akışını kontrol etmek için metal bileşenlerle kaplanmıştır. Bu yapılar borular, vanalar, manifoldlar ve sayaçlarla kaplıdır. Bazıları dört kata kadar yükselir ve genellikle "Noel ağaçları" olarak adlandırılır.
Kuyu başında rutin bakım yapmak veya kuyu çıkışını değiştirmek için "ağaç" üzerindeki bazı vanaların çevrilmesi gerekir ve 300 metrenin altındaki derin su kuyularında dalgıçlar genellikle çalışamazlar, tek yol robotik dalgıç araçlar kullanmaktır.
On yıllardır, derin su petrol kuyuları üzerinde çalışmak için yerleşik prosedür, petrol kuyusu sahasına uzaktan çalıştırılan su altı araçları (ROV) göndermek olmuştur. Bununla birlikte, ROV'un kendisini göndermeye ek olarak, iyi eğitimli personele sahip büyük bir yardımcı gemi de ROV'un çalışma üssü olarak gönderilmelidir.ROV'nin çok az özerkliği vardır veya hiç yoktur ve yüzey personelinin çalışması yoluyla güç ve kontrol elde etme ihtiyacı vardır. İş çok pahalıdır ve günde on binlerce ila yüz binlerce dolara mal olur.
Houston Mechatronics'in planı, yüzeyi kontrol etmek için su altı robotlarına olan ihtiyacı azaltmaktır.Aquanaut, kablo veya destek gemileri gerektirmez. Derin deniz hedefine denizaltı modunda seyahat edecek, burada insan formuna dönüşecek ve çalışmak için kollarını açacak. Aquanaut'un her bir kolu bir tork sensörü ile donatılmıştır ve bir insan koluna benzer şekilde sekiz hareket eksenine sahiptir.
Aquanaut'taki robotik kol ayrıca su altındaki "Noel ağacını" döndürebilen ve hatta robotun dahili yük bölmesinde taşıdığı özel bakım araçlarını çalıştırabilen valflere sahiptir.
Aquanaut, insan operatörler tarafından denetlenen ancak doğrudan kontrol edilmeyen görevleri gerçekleştirecektir. Görev tamamlandıktan sonra robot otomatik olarak geri dönecektir. Nic Radford, bu yaklaşımın Aquanaut'un daha hızlı konuşlandırılmasını ve işletme maliyetlerinin mevcut ROV'den daha düşük olmasını sağlayacağını söyledi. Maliyetin, geleneksel iş piyasası fiyatının yarısından çok daha düşük olabileceğini tahmin etti.
Aquanaut, sayısız tasarım yinelemesinden sonra nihayet doğdu, ancak denizin altında gerçekten çalışmadan önce, kendini daha kontrol edilebilir koşullar altında kanıtlaması gerekiyor, bu da Aquanaut'un "NASA havuzunda yüzme" çalışması yapması gerektiği anlamına geliyor. ".
NASA'nın Nötr Yüzdürme Laboratuvarı (NBL) 23,5 milyon litre su tutabilir ve maksimum 12 metre derinliğe sahiptir, bu da Uluslararası Uzay İstasyonu'nun tam ölçekli modellerinin çoğunu barındırmak için yeterlidir. Mart 2019'un sonlarında, Houston Mechatronics Aquanaut'u test etmek için kısmen NBL'yi devraldı.
10 metre su altında, Evan Ackerman sırtında iki nitrojen tankı taşıdı ve robotu sudaki takip etti. Aquanaut şu ana kadar 8 gün boyunca testi başarıyla gerçekleştirdi.Tek sorun kolun bir iletişim arızası olması, ancak Houston Mechatronics endişeli değil.Aquanaut'un gerçek çalışma standartlarını karşılaması için yapılması gereken daha çok iş olduğunu biliyorlar.
Üç, Aquanaut uygulaması üç büyük zorlukla karşı karşıya
Deniz altı teknolojisinde öncü olan Chuck Richards'a göre, son birkaç yılda düşük petrol fiyatları karları düşürdü, petrol şirketleri arasındaki rekabeti artırdı ve yeni teknolojilerin benimsenmesini teşvik etti. Houston merkezli CA Richards & Associates of Chuck Richards, Houston Mechatronics de dahil olmak üzere düzinelerce deniz altı şirketine ekipman sağlıyor.
Aquanaut'un geleneksel ROV'ye göre en büyük avantajı sınırsız çalışmasıdır. Houston Mekatronik, işlevini gerçekleştirmek için birkaç temel sorunu çözmelidir.
Birincisi, robotların büyük destek gemileri olmadan açık deniz inşaat sahalarına ulaşmasına izin vermektir. Aquanaut, denizaltı modunda 200 kilometreden fazla yol alabilir ve hedefe ulaştıktan sonra otomatik olarak ROV moduna geçecektir.Kaporta içine gizlenmiş ek pervane, onu daha manevra kabiliyetine getirebilir.
Robot deformasyon süreci bir başka büyük zorluktur ve aynı zamanda Houston Mechatronics'teki tartışmaların da odak noktasıdır. Aquanaut'un baş mühendisi Sandeep Yayathi, Aquanaut'u inşa etmenin faydalarının karmaşıklığının neden olduğu zorluklardan çok daha ağır bastığına inanıyor ve sonunda zorlukları aşmaya ve Aquanaut'un tasarımını tamamlamaya karar verdiler.
Aquanaut'un şeklini büyük ölçüde değiştirmesini sağlamak için robot, robotun üst ve alt gövdesini ayıran dört özel lineer sürücü ile donatılmıştır. Aynı zamanda oldukça özelleştirilmiş olan ek motor, kolu ve başlığı hareket ettirmek için su geçirmez bir muhafazaya monte edilmiştir. Aquanaut, güç açısından elektrikli arabalarda kullanılana benzer bir lityum iyon pil kullanıyor. Denizaltından robota tam dönüşüm yalnızca 30 saniye sürer.
Belki de bu zorluklar Aquanaut'un kontrol sistemini tasarlamak kadar önemli değildir. Geleneksel ROV, video aktarımı için birden fazla gerçek zamanlı kameraya sahiptir ve insan operatörler bu robotları gerçek zamanlı olarak kullanabilir.
Aquanaut'un tek iletişim yöntemi akustik modülasyon düzenleyicidir.Bu olgun teknoloji su altında onlarca kilometre menzile sahip olmasına rağmen, aynı zamanda yüksek gecikme ve düşük bant genişliği dezavantajlarına sahiptir.İletim hızı en hızlı sadece birkaç bin'dir. Saniyede bayt. Houston Mechatronics, Aquanaut'u her yerden kontrol etmek için robotlar ve iletişim uyduları arasında bir röle istasyonu olarak küçük insansız yüzey gemilerine güvenmeyi planlıyor.
Houston Mechatronics, düşük seviyeli kararların çoğunu robotun yerleşik bilgisayarına emanet ederek Aquanaut'un üst düzey denetim kontrolünü gerçekleştirmeyi planlıyor. Bu bilgisayarlar, araştırma ve ticari robotlar için popüler bir yazılım platformu olan Robot İşletim Sistemini (ROS) çalıştırır. Robot, çevredeki ortamın ayrıntılı bir 3D görüntüsünü oluşturmak için bir stereo kamera, yapılandırılmış ışık sensörü ve sonar sistemi dahil olmak üzere kafanın sensör bileşenlerini kullanıyor. Aquanaut, yüksek oranda sıkıştırılmış alt bölümleri operatöre ileterek bunları mevcut yapısal modelle eşleştirir.
Ardından operatör, "Bu koordinatlarda valfi saat yönünde 90 derece döndürün" gibi basit talimatlar verir. Robot otonom olarak valfi nasıl kavrayacağına ve döndürürken ne kadar kuvvet uygulayacağına karar verir ve görevi tamamladıktan sonra onayı geri gönderir. Operatör hala robotun eylemlerini yönetiyor ancak robotu manuel olarak çalıştırması gerekmiyor ve yüksek bant genişliğine sahip gerçek zamanlı video aktarımı gerektirmiyor.
4. Aquanaut'un 3000 metre derinliğe kadar genişletilmiş bir versiyonu olacaktır.
Houston Mechatronicsin uzun vadeli planı, Aquanautun yeteneklerini Kuzey Denizine veya Kaliforniyanın kıyı bölgelerine dağıtılan küçük robotlardan oluşan bir filoyu kullanarak bir hizmet olarak satmaktır. Petrol ve gaz şirketleri yalnızca belirlenen görevlerin tamamlanmasını gerektirir ve Houston Mechatronics en yakın olanı ayarlayacaktır. Robot idare ediyor.
Nic Radford, "Tek bir geleneksel ROV'yi çalıştırmak yaklaşık 7 kişi alır. Bunu tersine çevirebileceğimizi ve bir kişinin 7 Aquanaut çalıştırabileceğini düşünüyoruz."
Houston Üniversitesi'nde makine mühendisliği profesörü ve uluslararası deniz altı mühendisliği araştırma direktörü Matthew A. Franchek, düşük bant genişliğine sahip bağlantıların ve operatörlerin yalnızca bir döngüde aralıklı olarak çalıştığı için sorun riskinin daha yüksek olabileceğini söyledi. Aquanaut'un güçlü bir belirsizliği var. Çalışma sırasındaki bir arızanın ciddi finansal ve çevresel sonuçları olabileceğinden endişeliyim. Bu teknoloji heyecan verici olsa da, işe yarayabileceğini kanıtlamaları gerekiyor. etki."
Aquanaut'un mevcut versiyonu esas olarak, maksimum 300 metre çalışma derinliği ile nispeten sığ sular için tasarlanmış bir gösteri ve test platformudur. Bu versiyon dünyanın birçok yerinde ticari olarak çalıştırılabilse de, Houston Mechatronics, Meksika Körfezi gibi bölgelere hizmet edebilecek, yüzlerce kilometre seyahat edebilen ve 3.000 metre derinliğe ulaşabilen genişletilmiş bir versiyon tasarlıyor.
Sonuç: Sualtı robotları daha ticari olmayan işleri tamamlayabilir
Houston Mechatronics'in Aquanaut için yaptığı tek keşif ticari operasyonlar değil. 2018'in sonunda, ABD Savunma Bakanlığı İleri Araştırma Projeleri Ajansı, "denizaltı nesnelerinde gezinebilen ve fiziksel olarak manipüle edebilen bir denizaltı otonom sistemi geliştirmeyi" amaçlayan Angler adlı bir plan açıkladı. ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı bir bildiri yayınladı. Ekte, iki kollu aerodinamik bir robotik denizaltının görüntüsü yer almaktadır. Bu konsept, Houston Mekatronik için iyi bir fırsattır.
Aquanaut bir sonraki NBL testine hazır. İlk açık su gösterimi, Ağustos ayında Rhode Island'da bir teknik deniz tatbikatı sırasında gerçekleştirilebilir. Nic Radford, cesur ve yenilikçi çalışmalara girişmenin onun ilgisi olduğunu söyledi, bu da su altı çalışmalarını gerçekleştirmenin daha iyi ve daha uygun maliyetli yollarının olduğunu kanıtlayacak.
Orijinal: IEEE Spectrum
Okuduğunuz için teşekkürler. Gemide takip etmek ve sizi teknolojide ön plana çıkarmak için tıklayın ~
