Un vehículo submarino autónomo ( AUV ) es un robot que viaja bajo el agua sin requerir la intervención de un operador. Los AUV forman parte de un grupo más grande de sistemas submarinos conocidos como vehículos submarinos no tripulados , una clasificación que incluye vehículos submarinos no autónomos operados a distancia (ROV), controlados y alimentados desde la superficie por un operador / piloto a través de un umbilical o mediante control remoto. En aplicaciones militares, un AUV se conoce más a menudo como un vehículo submarino no tripulado ( UUV ). Los planeadores submarinos son una subclase de los AUV.
Historia
El primer AUV fue desarrollado en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad de Washington ya en 1957 por Stan Murphy, Bob Francois y más tarde, Terry Ewart. El "Vehículo de investigación submarina de propósito especial", o SPURV , se utilizó para estudiar la difusión, la transmisión acústica y las estelas submarinas.
Otros AUV tempranos se desarrollaron en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en la década de 1970. Uno de ellos se exhibe en la Hart Nautical Gallery del MIT. Al mismo tiempo, los AUV también se desarrollaron en la Unión Soviética [1] (aunque esto no se conoció comúnmente hasta mucho después).
Aplicaciones
Este tipo de vehículos submarinos se ha convertido recientemente en una alternativa atractiva para la búsqueda y exploración submarina ya que son más económicos que los vehículos tripulados. En los últimos años, ha habido numerosos intentos de desarrollar vehículos submarinos para hacer frente al desafío de los programas de exploración y extracción en los océanos. Recientemente, los investigadores se han centrado en el desarrollo de AUV para la recopilación de datos a largo plazo en oceanografía y gestión costera [2] .
Comercial
La industria del petróleo y el gas utiliza AUV para hacer mapas detallados del fondo marino antes de comenzar a construir infraestructura submarina; Las tuberías y las terminaciones submarinas se pueden instalar de la manera más rentable con una mínima alteración del medio ambiente. El AUV permite a las empresas de levantamiento realizar levantamientos precisos de áreas donde los levantamientos batimétricos tradicionales serían menos efectivos o demasiado costosos. Además, ahora es posible realizar estudios de tuberías posteriores al tendido, que incluyen la inspección de tuberías. El uso de AUV para la inspección de tuberías y la inspección de estructuras submarinas artificiales es cada vez más común.
Investigar
Los científicos usan AUV para estudiar los lagos, el océano y el fondo del océano. Se puede colocar una variedad de sensores en los AUV para medir la concentración de varios elementos o compuestos, la absorción o el reflejo de la luz y la presencia de vida microscópica. Los ejemplos incluyen sensores de conductividad-temperatura-profundidad (CTD), fluorómetros y sensores de pH . Además, los AUV se pueden configurar como vehículos de remolque para entregar paquetes de sensores personalizados a ubicaciones específicas.
El Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad de Washington ha estado creando iteraciones de su plataforma Seaglider AUV desde la década de 1950. Aunque iRobot Seaglider se diseñó originalmente para la investigación oceanográfica, en los últimos años ha suscitado mucho interés por parte de organizaciones como la Marina de los EE. UU. O la industria del petróleo y el gas. El hecho de que estos planeadores autónomos sean relativamente económicos de fabricar y operar es indicativo de que la mayoría de las plataformas AUV tendrán éxito en innumerables aplicaciones. [3]
Un ejemplo de un AUV que interactúa directamente con su entorno es el Robot Estrella de Mar Corona de Espinas ( COTSBot ) creado por la Universidad Tecnológica de Queensland (QUT). El COTSBot encuentra y erradica la estrella de mar corona de espinas ( Acanthaster planci ), una especie que daña la Gran Barrera de Coral . Utiliza una red neuronal para identificar la estrella de mar e inyecta sales biliares para matarla. [4]
Hobby
Muchos especialistas en robótica construyen AUV como pasatiempo. Existen varias competiciones que permiten que estos AUV caseros compitan entre sí mientras logran objetivos. [5] [6] [7] Como sus hermanos comerciales, estos AUV pueden equiparse con cámaras, luces o sonar. Como consecuencia de los recursos limitados y la inexperiencia, los AUV para aficionados rara vez pueden competir con los modelos comerciales en cuanto a profundidad operativa, durabilidad o sofisticación. Por último, estos AUV de pasatiempo no suelen ser transoceánicos, y se utilizan la mayor parte del tiempo en piscinas o lechos de lagos. Se puede construir un AUV simple a partir de un microcontrolador, una carcasa de presión de PVC , un actuador de bloqueo automático de puertas, jeringas y un relé DPDT . [8]Algunos participantes en concursos crean diseños que se basan en software de código abierto. [9]
Tráfico ilegal de drogas
Los submarinos que viajan de forma autónoma a un destino mediante navegación GPS han sido fabricados por narcotraficantes. [10] [11] [12] [13]
Investigaciones de accidentes aéreos
Se han utilizado vehículos submarinos autónomos, por ejemplo AUV ABYSS , para encontrar restos de aviones perdidos, por ejemplo, el vuelo 447 de Air France , [14] y el Bluefin-21 AUV se utilizó en la búsqueda del vuelo 370 de Malaysia Airlines . [15]
Aplicaciones militares
El Plan Maestro de Vehículos Submarinos No Tripulados (UUV) de la Marina de los EE. UU. [16] identificó las siguientes misiones de UUV:
- Inteligencia, vigilancia y reconocimiento
- Minas contramedidas
- Guerra antisubmarina
- Inspección / identificación
- Oceanografía
- Nodos de la red de comunicación / navegación
- Entrega de carga útil
- Operaciones de información
- Huelgas de tiempo crítico
El Plan Maestro de la Armada dividió todos los UUV en cuatro clases: [17]
- Clase de vehículo portátil: desplazamiento de 25 a 100 lb; 10-20 horas de resistencia; lanzado desde embarcaciones pequeñas manualmente (es decir, Mk 18 Mod 1 Swordfish UUV )
- Clase de vehículo liviano: hasta 500 lb de desplazamiento, 20 a 40 horas de resistencia; lanzado desde RHIB usando el sistema de lanzamiento-retriever o por grúas desde barcos de superficie (es decir, Mk 18 Mod 2 Kingfish UUV )
- Clase de vehículo pesado: hasta 3000 lb de desplazamiento, 40 a 80 horas de resistencia, lanzado desde submarinos
- Clase de vehículo grande: hasta 10 toneladas largas de desplazamiento; lanzado desde buques de superficie y submarinos
En 2019, la Armada ordenó cinco UUV Orca , su primera adquisición de submarinos no tripulados con capacidad de combate. [18]
Diseños de vehículos
Durante los últimos 50 años aproximadamente, se han diseñado cientos de AUV diferentes [19], pero solo unas pocas empresas venden vehículos en cantidades significativas. Hay alrededor de 10 empresas que venden AUV en el mercado internacional, incluidas Kongsberg Maritime , Hydroid (ahora una subsidiaria de propiedad total de Kongsberg Maritime [20] ), Bluefin Robotics , Teledyne Gavia (anteriormente conocida como Hafmynd), International Submarine Engineering (ISE) Ltd, Atlas Elektronik y OceanScan. [21]
Los vehículos varían en tamaño, desde AUV ligeros portátiles para el hombre hasta vehículos de gran diámetro de más de 10 metros de longitud. Los vehículos grandes tienen ventajas en términos de resistencia y capacidad de carga útil del sensor; los vehículos más pequeños se benefician significativamente de una menor logística (por ejemplo: huella del buque de apoyo; sistemas de lanzamiento y recuperación).
Algunos fabricantes se han beneficiado del patrocinio del gobierno nacional, incluidos Bluefin y Kongsberg. El mercado se divide efectivamente en tres áreas: científica (incluidas universidades y agencias de investigación), aplicaciones comerciales en alta mar (petróleo y gas, etc.) y aplicaciones militares (contramedidas de minas, preparación del espacio de batalla). La mayoría de estos roles utilizan un diseño similar y operan en modo crucero (tipo torpedo). Recopilan datos mientras siguen una ruta planificada previamente a velocidades entre 1 y 4 nudos.
Los AUV disponibles comercialmente incluyen varios diseños, como el pequeño REMUS 100 AUV originalmente desarrollado por Woods Hole Oceanographic Institution en los Estados Unidos y ahora producido comercialmente por Hydroid, Inc. (una subsidiaria de propiedad total de Kongsberg Maritime [20] ); los HUGIN 1000 y 3000 AUV más grandes desarrollados por Kongsberg Maritime and Norwegian Defence Research Establishment; los vehículos Bluefin Robotics de 12 y 21 pulgadas de diámetro (300 y 530 mm) y el International Submarine Engineering Ltd. La mayoría de los AUV siguen la forma tradicional de torpedo, ya que se considera el mejor compromiso entre tamaño, volumen utilizable, eficiencia hidrodinámica y Facilidad de manejo. Hay algunos vehículos que utilizan un diseño modular, lo que permite que los operadores puedan cambiar los componentes fácilmente.
El mercado está evolucionando y los diseños ahora siguen los requisitos comerciales en lugar de ser puramente de desarrollo. Los próximos diseños incluyen AUV con capacidad de vuelo estacionario para inspección e intervención de luz (principalmente para las aplicaciones de energía en alta mar), y diseños híbridos AUV / ROV que cambian entre roles como parte de su perfil de misión. Una vez más, el mercado estará impulsado por los requisitos financieros y el objetivo de ahorrar dinero y costosos tiempos de envío.
Hoy en día, aunque la mayoría de los AUV son capaces de realizar misiones sin supervisión, la mayoría de los operadores permanecen dentro del alcance de los sistemas de telemetría acústica para mantener una estrecha vigilancia sobre su inversión. Esto no siempre es posible. Por ejemplo, Canadá ha recibido recientemente dos AUV (ISE Explorers) para inspeccionar el fondo del mar debajo del hielo del Ártico en apoyo de su reclamo en virtud del artículo 76 de la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar. Además, las variantes de ultra baja potencia y largo alcance, como los planeadores submarinos, se están volviendo capaces de operar sin supervisión durante semanas o meses en áreas litorales y marinas abiertas, transmitiendo periódicamente datos por satélite a la costa, antes de regresar para ser recogidos.
A partir de 2008, se está desarrollando una nueva clase de AUV, que imitan los diseños que se encuentran en la naturaleza. Aunque la mayoría se encuentra actualmente en sus etapas experimentales, estos vehículos biomiméticos (o biónicos ) son capaces de lograr mayores grados de eficiencia en propulsión y maniobrabilidad copiando diseños exitosos en la naturaleza. Dos de tales vehículos son Festo 's AquaJelly (AUV) [22] y el EvoLogics de BOSS Manta Ray. [23]
Sensores
Los AUV llevan sensores para navegar de forma autónoma y cartografiar las características del océano. Los sensores típicos incluyen brújulas , sensores de profundidad, barrido lateral y otros sonares , magnetómetros , termistores y sondas de conductividad. Algunos AUV están equipados con sensores biológicos que incluyen fluorómetros (también conocidos como sensores de clorofila ), sensores de turbidez y sensores para medir el pH y las cantidades de oxígeno disuelto .
Una demostración en la bahía de Monterey , en California, en septiembre de 2006, mostró que un AUV de 21 pulgadas (530 mm) de diámetro puede remolcar una matriz de hidrófonos de 400 pies (120 m) de largo mientras mantiene una velocidad de 6 nudos (11 km / h). Velocidad de crucero. [ cita requerida ]
Las ondas de radio no pueden penetrar el agua muy lejos, por lo que tan pronto como un AUV se sumerge, pierde su señal de GPS. Por lo tanto, una forma estándar para que los AUV naveguen bajo el agua es a estima . Sin embargo, la navegación se puede mejorar mediante el uso de un sistema de posicionamiento acústico submarino . Cuando se opera dentro de una red de transpondedores de línea de base desplegados en el fondo del mar, esto se conoce como navegación LBL . Cuando se dispone de una referencia de superficie, como un barco de apoyo, se utiliza el posicionamiento de línea de base ultracorta (USBL) o de línea de base corta (SBL) para calcular dónde está el vehículo submarino en relación con el conocido ( GPS) posición de la embarcación de superficie mediante mediciones del alcance y la demora acústica. Para mejorar la estimación de su posición y reducir los errores en la navegación a estima (que aumentan con el tiempo), el AUV también puede emerger y tomar su propia posición de GPS. Entre las posiciones fijadas y para maniobras precisas, un sistema de navegación inercial a bordo del AUV calcula a estima la posición, la aceleración y la velocidad del AUV. Se pueden realizar estimaciones utilizando datos de una unidad de medición inercial y se pueden mejorar agregando un registro de velocidad Doppler(DVL), que mide la velocidad de desplazamiento sobre el fondo del mar / lago. Normalmente, un sensor de presión mide la posición vertical (profundidad del vehículo), aunque la profundidad y la altitud también se pueden obtener a partir de las mediciones DVL. Estas observaciones se filtran para determinar una solución de navegación final.
Propulsión
Hay un par de técnicas de propulsión para AUV. Algunos de ellos utilizan un motor eléctrico cepillado o sin escobillas, una caja de cambios, un sello de labios y una hélice que puede estar rodeada por una boquilla o no. Todas estas partes integradas en la construcción AUV están involucradas en la propulsión. Otros vehículos utilizan una unidad propulsora para mantener la modularidad. Dependiendo de la necesidad, el propulsor puede estar equipado con una boquilla para la protección de la hélice contra colisiones o para reducir la sumisión del ruido, o puede estar equipado con un propulsor de transmisión directa para mantener la eficiencia en el nivel más alto y los ruidos en el nivel más bajo. Los propulsores AUV avanzados tienen un sistema de sellado del eje redundante para garantizar un sellado adecuado del robot incluso si uno de los sellos falla durante la misión.
Los planeadores submarinos no se impulsan directamente. Al cambiar su flotabilidad y su asiento, se hunden y ascienden repetidamente; Las "alas" de la superficie aerodinámica convierten este movimiento hacia arriba y hacia abajo en un movimiento hacia adelante. El cambio de flotabilidad generalmente se realiza mediante el uso de una bomba que puede absorber o expulsar agua. El paso del vehículo se puede controlar cambiando el centro de masa del vehículo. Para los planeadores Slocum, esto se hace internamente moviendo las baterías, que están montadas en un tornillo. Debido a su electrónica de baja velocidad y baja potencia, la energía requerida para los estados de trimado del ciclo es mucho menor que para los AUV regulares, y los planeadores pueden tener una duración de meses y rangos transoceánicos.
Comunicaciones
Dado que las ondas de radio no se propagan bien bajo el agua, muchos AUV incorporan módems acústicos para permitir el comando y control remoto. Estos módems suelen utilizar técnicas de comunicaciones patentadas y esquemas de modulación. En 2017, la OTAN ratificó el estándar ANEP-87 JANUS para comunicaciones submarinas. Este estándar permite enlaces de comunicaciones de 80 BPS con formato de mensaje flexible y extensible .
Poder
La mayoría de los AUV que se utilizan hoy en día funcionan con baterías recargables ( iones de litio , polímero de litio , hidruro metálico de níquel , etc.) y se implementan con alguna forma de sistema de gestión de baterías . Algunos vehículos usan baterías primarias que proporcionan quizás el doble de resistencia, a un costo adicional sustancial por misión. Algunos de los vehículos más grandes funcionan con celdas semicombustibles a base de aluminio , pero requieren un mantenimiento sustancial, recargas costosas y producen un producto de desecho que debe manipularse de manera segura. Una tendencia emergente es combinar diferentes sistemas de baterías y energía con supercondensadores .
Ver también
- Intervención AUV - Tipo de vehículo submarino autónomo capaz de intervenciones autónomas
- Planeador submarino - Tipo de vehículo submarino autónomo
- Biónica
- Biomimética - Imitación de sistemas biológicos para la resolución de problemas humanos.
- Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey
- Oficina de Investigaciones Navales
- Centro Nacional de Oceanografía, Southampton
- DeepC : vehículo submarino autónomo impulsado por una pila de combustible
- Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Submarinas
- AUV-150 - Vehículo submarino no tripulado en desarrollo por el Instituto Central de Investigación de Ingeniería Mecánica
- REMUS (AUV) - Serie de vehículos submarinos autónomos
- MAYA AUV - Vehículo submarino autónomo del Instituto Nacional de Oceanografía, India
- Torpedo : arma subacuática autopropulsada
- Theseus (AUV) - Gran vehículo submarino autónomo para tender cable de fibra óptica
- Eelume : vehículo submarino autónomo desarrollado por Eelume AS
Referencias
- ^ Vehículos autónomos en el Instituto de problemas de tecnología marina. Archivado el 27 de mayo de 2009 en la Wayback Machine.
- ↑ Saghafi, Mohammad; Lavimi, Roham (1 de febrero de 2020). "Diseño óptimo del morro y la cola del casco de un vehículo submarino autónomo para reducir la fuerza de arrastre mediante simulación numérica" . Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte M: Revista de Ingeniería para el Medio Ambiente Marítimo . 234 (1): 76–88. doi : 10.1177 / 1475090219863191 . ISSN 1475-0902 .
- ^ http://www.apl.washington.edu/project/project.php?id=seaglider_auv
- ^ Dayoub, F., Dunbabin, M. y Corke, P. (2015). Detección robótica y seguimiento de estrellas de mar con corona de espinas. Para aparecer en proc. 2015 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) pdf Archivado 2018-04-13 en Wayback Machine
- ^ "RoboSub" . Archivado desde el original el 13 de junio de 2015 . Consultado el 25 de mayo de 2015 .
- ^ Desafío Designspark ChipKIT (esta competencia ya está cerrada)
- ^ Competencia autónoma de vehículos submarinos
- ^ Mini planeador submarino NAOE de la Universidad de Osaka (MUG) para la educación Archivado el 13 de marzo de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ "Robotic Submarine Running Debian Wins International Competition" . Debian-News . 2009-10-08. Archivado desde el original el 28 de abril de 2015 . Consultado el 25 de mayo de 2015 .
- ^ Revista Kijk, 3/2012 [ cita completa necesaria ]
- ^ Sharkey, Noel; Goodman, Marc; Ros, Nick (2010). "La próxima ola de crímenes de robots" (PDF) . Computadora . 43 (8): 116-115. doi : 10.1109 / MC.2010.242 . ISSN 0018-9162 .
- ^ Conectado para la guerra: la revolución y el conflicto de la robótica en el siglo XXI por PWSinger, 2009
- ^ Lichtenwald, Terrance G., Steinhour, Mara H. y Perri, Frank S. (2012). " Una evaluación de la amenaza marítima de las organizaciones criminales basadas en el mar y las operaciones terroristas ", Volumen 8 de Asuntos de Seguridad Nacional, Artículo 13.
- ^ "Malaysia Airlines: los únicos tres submarinos Abyss del mundo preparados para la búsqueda de aviones" . Telegraph.co.uk . 23 de marzo de 2014.
- ^ "El robot de aleta azul se une a la búsqueda del avión de Malasia desaparecido - The Boston Globe" . BostonGlobe.com . Consultado el 28 de febrero de 2017 .
- ^ Departamento de la Armada, Plan maestro de vehículos submarinos no tripulados (UUV) de la Armada, 9 de noviembre de 2004.
- ^ "Compendio técnico de Johns Hopkins APL, volumen 32, número 5 (2014)" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 8 de septiembre de 2015 . Consultado el 18 de noviembre de 2015 .
- ^ "La Marina está empezando a aportar dinero real para robots submarinos" . Los Angeles Times . 19 de abril de 2019 . Consultado el 20 de octubre de 2020 .
- ^ "Cronología del sistema AUV" . Consultado el 25 de mayo de 2015 .
- ^ a b "KONGSBERG adquiere Hydroid LLC" Kongsberg - Hydroid , 2007
- ^ "LAUV - Vehículo submarino autónomo ligero" . www.oceanscan-mst.com . Consultado el 28 de febrero de 2017 .
- ^ "AquaJelly" Festo Corporate , 2008
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 24 de marzo de 2018 . Consultado el 24 de marzo de 2018 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
Bibliografía
- Tecnología y aplicaciones de vehículos submarinos autónomos Gwyn Griffiths ISBN 978-0-415-30154-1
- Revisión de los desarrollos de vehículos submarinos autónomos (AUV) ISBN 978-1-155-10695-3
- Masterclass en tecnología AUV para ciencia polar ISBN 978-0-906940-48-8
- El funcionamiento de vehículos submarinos autónomos2 ISBN 978-0-906940-40-2
- Simposio de 1996 sobre tecnología de vehículos submarinos autónomos ISBN 978-0-7803-3185-3
- Desarrollo de un vehículo submarino autónomo ISBN 978-3-639-09644-6
- Sistema de control óptimo para un vehículo submarino semiautónomo ISBN 978-3-639-24545-5
- Vehículos submarinos autónomos ISBN 978-1-4398-1831-2
- Código de prácticas recomendado para la operación de vehículos marinos autónomos ISBN 978-0-906940-51-8
- Autónomo Mobiler Roboter ISBN 978-1-158-80510-5
- Vehículo submarino operado a distancia ISBN 978-613-0-30144-6
- Robots submarinos ISBN 978-3-540-31752-4
- Informe del mercado mundial de AUV 2010-2019 ISBN 978-1-905183-48-7
- Vehículos submarinos autónomos: diseño y práctica ISBN 978-1-78561-703-4
enlaces externos
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con vehículos submarinos autónomos . |
- Primer AUV en cruzar el Océano Atlántico exhibido en Smithsonian
- Presentación del AUV Abyss (IFM-GEOMAR Kiel)
- La aplicación de la tecnología de vehículos submarinos autónomos (AUV) en la industria petrolera: visión y experiencias
| vtmiRobótica | ||
|---|---|---|
| Articulos principales |
| |
| Tipos |
| |
| Clasificaciones |
| |
| Locomoción |
| |
| Investigar |
| |
| Relacionado |
| |
| ||
Categoría
Esquema
- Vehículos submarinos autónomos
- Submarinos robóticos
- Vehículos introducidos en 1957
