Исследователи из Университета Пердью изучают альтернативу: высокоманевренные и недорогие подводные планеры, работающие бесшумно. Компоненты и датчики планера также могут быть легко заменены или добавлены в соответствии с широким диапазоном спецификаций миссии.
«Наша цель – бесперебойная работа мобильных роботов в сложных условиях», – сказала Нина Махмудян, доцент кафедры машиностроения. "У большинства подводных роботов ограниченный срок службы батареи, и они должны вернуться обратно через несколько часов. Для длительных операций подводный планер может путешествовать в течение недель или месяцев без подзарядки, но может извлечь выгоду из расширенных возможностей развертывания в зонах повышенного риска."
Подводный планер отличается от других морских роботов тем, что у него нет гребного винта или активной двигательной установки. Он изменяет свою плавучесть, опускаясь и поднимаясь, и продвигаясь вперед. Несмотря на то, что такой подход позволяет использовать очень энергоэффективные транспортные средства, он создает несколько проблем: транспортные средства дорогие, медленные и не маневренные, особенно на мелководье.
Махмудиан разработал маневренный аппарат под названием ROUGHIE (Подводный планер, ориентированный на исследования для практических занятий по инженерным исследованиям).
Имея форму торпеды, ROUGHIE имеет длину около четырех футов и не имеет никаких движущих сил или поверхностей управления, кроме статичного заднего крыла.
При развертывании с берега или с лодки ROUGHIE закачивает воду в балластные цистерны, чтобы изменить его плавучесть и обеспечить начальный угол глиссады. Чтобы контролировать угол наклона, аккумулятор транспортного средства слегка смещает его вес вперед и назад, действуя как собственный механизм управления.
Для управления весь набор внутренних компонентов установлен на рельсе, который вращается, точно контролируя крен автомобиля. Конструкция является модульной и может быть адаптирована для различных приложений.
«Это совершенно уникальный подход», – сказал Махмудян. "Большинство подводных планеров могут работать только в глубоких океанах и не маневренны для замкнутых пространств.
ROUGHIE имеет радиус разворота всего около 10 футов по сравнению с радиусом разворота около 33 футов у других планеров."
ROUGHIE настолько маневренный, что команда Махмудиана тестировала его в водолазном колодце Purdue’s Morgan J. Водный центр Берка.
Установив систему захвата движения из инфракрасных камер под водой, они могут отслеживать движения транспортного средства и характеризовать его маневренность в трех измерениях с точностью до миллиметра.
"Мы заранее программируем ROUGHIE схемами полета, и он выполняет эти схемы автономно", – сказал Махмудян. "Он может выполнять стандартные пилообразные движения вверх и вниз, чтобы двигаться по прямой, но он также может перемещаться по круговым или S-образным схемам, которые он будет использовать при патрулировании в море. Тот факт, что он может выполнять эти задачи в замкнутом пространстве бассейна, используя только внутреннюю активацию, невероятно впечатляет."
Эта маневренность означает, что ROUGHIE может следовать сложным маршрутам и может исследовать реальные области, недоступные для других подводных планеров.
«Он может работать в мелководных морях и прибрежных районах, что так важно для биологии или изучения климата», – сказал Махмудян. "И поскольку здесь совершенно тихо, он не будет беспокоить дикую природу и не нарушать водные потоки, как это делают моторизованные автомобили."
ROUGHIE может быть оснащен множеством датчиков, собирающих данные о температуре, давлении и проводимости, жизненно важные для океанографов. Команда Махмудяна отправила РУГИ в небольшие пруды и озера с флуориметром для измерения цветения водорослей. Команда также оснастила автомобиль компактными магнитометрами, способными обнаруживать аномалии, такие как кораблекрушения и подводные боеприпасы.
Это исследование было недавно опубликовано в журнале Sensors.
Махмудиан и ее ученики разрабатывают ROUGHIE с 2012 года, когда она начала проект в Мичиганском технологическом университете.
«Мои студенты спроектировали и построили его с нуля, и они параллельно разрабатывали алгоритмы управления и навигации», – сказал Махмудиан. "По цене нынешнего коммерческого автомобиля мы можем опустить 10 таких автомобилей в воду, наблюдая за условиями в течение нескольких месяцев. Мы считаем, что этот автомобиль имеет большую ценность для любого местного сообщества."
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = _4wuvMjIsrI & feature = emb_logo
Эта работа поддерживается Национальным научным фондом (грант 1921060), Управлением военно-морских исследований (грант N00014-20-1-2085) и программой передачи технологий для малого бизнеса N68335-19-C-0086.