Mobile Docking-System für autonome Unterwasserfahrzeuge entwickelt

Das Feld der Unterwasser-Robotik hat in letzter Zeit beeindruckende Fortschritte gemacht. Erst letzten Monat demonstrierten Ingenieure einen Tintenfisch-ähnlichen Roboter für die Unterwasser-Exploration. Jetzt hat ein weiteres Team von Ingenieuren an der Purdue University ein mobiles Docking-System für autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) entwickelt. Diese jüngste Entwicklung kann die Unterwasser-Exploration mit solchen Fahrzeugen verbessern.

Die Forschung wurde in IEEE veröffentlicht, mit dem Titel „Kollaborative Missionsplanung für den Langzeitbetrieb unter Berücksichtigung von Energiebeschränkungen“.

Unterwasser-Roboter sind auch für Such- und Rettungsmissionen sowie für Umweltstudien nützlich. Allerdings haben sie den Nachteil, dass sie zurück zur Basis müssen, um aufzutanken und Daten hochzuladen. Dies ist nicht machbar, wenn ein AUV tief in unbekannte Gewässer vordringt.

Das Team stoppte nicht bei den Ozeanen, sondern erforschte auch die Anpassung des Docking-Systems für extraterrestrische Seen auf anderen Planeten.

Nina Mahmoudian ist Associate Professor für Maschinenbau.

„Meine Forschung konzentriert sich auf den persistenten Betrieb von Robotern in herausfordernden Umgebungen“, sagte Mahmoudian. „Und es gibt keine herausforderndere Umgebung als die Unterwasserwelt.“

Eine der aktuellen Einschränkungen bei Meeressonnentechnologie ist, dass Roboter, sobald sie im Wasser eintauchen, keine Funk- und Empfangssignale wie GPS-Daten mehr senden und empfangen können. Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, ist die akustische Kommunikation, aber sie ist weit weniger zuverlässig und schwieriger. Die Schwierigkeit nimmt mit noch längeren Übertragungsstrecken zu, was die Unterwasser-Roboter in ihrer Betriebsreichweite einschränkt.

„Typischerweise führen diese Roboter einen vorher geplanten Ablauf unter Wasser durch“, sagte Mahmoudian. „Dann kommen sie an die Oberfläche und senden ein Signal aus, um abgeholt zu werden. Menschen müssen hinausgehen, den Roboter abholen, die Daten abrufen, den Akku aufladen und ihn dann wieder hinausschicken. Das ist sehr teuer und begrenzt die Zeit, die diese Roboter ihre Aufgaben ausführen können.“

https://www.youtube.com/watch?v=_kS0_-qc_r0&_ga=2.99992349.282287155.1601990769-129101217.1578788059

Mobile Docking-Station

Dies ist der Grund, warum Mahmoudian eine mobile Docking-Station entwickelte, die es den Robotern ermöglicht, selbstständig zur Exploration zurückzukehren.

„Und was, wenn wir mehrere Docks hätten, die auch mobil und autonom wären“, fuhr Mahmoudian fort. „Die Roboter und die Docks könnten miteinander koordinieren, so dass sie aufladen und ihre Daten hochladen könnten und dann wieder hinausgehen, um die Exploration fortzusetzen, ohne dass menschliches Eingreifen erforderlich ist. Wir haben die Algorithmen entwickelt, um diese Trajektoren zu maximieren, so dass wir den optimalen Einsatz dieser Roboter erreichen.“

„Was entscheidend ist, ist, dass die Docking-Station portabel ist“, sagte sie. „Sie kann an einem stationären Ort eingesetzt werden, aber sie kann auch auf autonomen Oberflächenfahrzeugen oder sogar auf anderen autonomen Unterwasserfahrzeugen eingesetzt werden. Und sie ist so konzipiert, dass sie plattformunabhängig ist, so dass sie mit jedem AUV verwendet werden kann. Die Hardware und die Software arbeiten Hand in Hand.“

Mahmoudian glaubt, dass diese Technologie weit über die Unterwasserwelt hinausgehen kann.

„Dieses System kann überall verwendet werden“, sagte sie. „Roboter auf Land, in der Luft oder auf See können unbegrenzt operieren. Such- und Rettungs-Roboter können viel größere Gebiete erkunden. Sie werden in die Arktis gehen und die Auswirkungen des Klimawandels erforschen. Sie werden sogar in den Weltraum gehen.“