الزواحف قاع البحر: أدوات روبوتية جديدة للبعثات الصعبة

الشكل 1: The Sea Otter Surf Zone Crawler

الشكل 2: نمط بحث في سلم البحر

الجدول 1

الشكل 3: ثور البحر مع حمولة مقطورة مزلقة

Previous Next

العودة إلى البحر
يقال على نطاق واسع أن الحياة بدأت في المحيط ، وانتقلت تدريجيا إلى الأرض. في حالة الروبوتات المتعقبة يتم عكس هذا الاتجاه. خلال أوائل العقد الأول من القرن الحالي ، مدفوعًا بمتطلبات دفاعية كبيرة ، تطورت الروبوتات الأرضية المدمجة بسرعة. منتجات مثل PackBot من iRobot و Talon من Foster-Miller كانت رائدة الروبوتات الأرضية عالية الأداء المحمولة. جعلت متطلبات التشغيل في البيئات القاسية هذه الأدوات متينة ومقاومة للماء تماما المتغيرات. ولسوء الحظ ، فإن القيود على تخزين الطاقة والاستقلالية والقياس عن بعد جعلت روبوتات الزحف في قاع البحر من البدايات الجديدة وليس أداة مثمرة. لقد تغير هذا.

من خلال الأمواج
اليوم ، طورت C-2 Innovations، Inc، (C2I) عائلة من الروبوتات الزاحفة القادرة على الإنتاج ، والقادرة على الإنتاج ، لنقل المستخدمين من خلال منطقة ركوب الأمواج إلى البحر. تشمل هذه العائلة على قضاعة البحر الصغيرة و Sea Ox أكثر من ذلك بكثير.

إن Sea Otter Surf Zone Crawler (SZC) ، الشكل 1 ، هو زاحف برمائي سفلي ذاتي مستقل من الجيل الثاني قادر على العمل على أعماق تصل إلى 100 م عبر أنظمة المياه العالية الحالية وعلى الأرض. وبدون ربط ، يمكن أن يعمل النظام في المناطق والتيارات التي لا تستطيع الأنظمة السابقة القيام بها.

يمكن لسيارة C-2i Otter القيادة لمسافة 16 كم تحت الماء أو 20 كم على الأرض ، والمحافظة على المحطة لمدة شهر. العودة سواء على الأمر أو في مهلة المحددة مسبقا. القدرة على العمل في البيئات المختلطة هي فريدة من نوعها ، في حين أن SZC يسمح بالوصول إلى المناطق التي لا تستطيع السطوح الحرفية أو السباحين أو التقنيات البشرية. تعمل Sea Otter SZC بطفو سلبي أثناء التشغيل في الطبقة الدنيا لطاقة الطاقة. يقلل الملف الشخصي المنخفض من السحب الحالي. تعمل المركبة في تصفح متدفق 1.5 متر ويمكنها عبور التضاريس الناعمة التي لن تدعم الأحمال البشرية. أثبتت الاختبارات الحديثة القدرة على حمل الحمولات بوزن 40 كجم وكذلك سحب زلاجة بوزن 45 كجم عبر مختلف الأسطح البحرية.

تتضمن مواصفات Otter-SZC:

• عملية مزدوجة من جانب متماثل للتشغيل في الأمواج الثقيلة
• الوزن: 45 كجم وطول 1 متر وعرض 55 سم وارتفاع 25 سم (قابلة للزيادة في الطول والعرض)
• السرعة: أمامي أو عكسي ، متغير حتى 1 م / ثانية
• الملاحة: 3-محور IMU ، FOG ، المشفرات المزدوجة ، نظام تحديد المواقع على الوجهين ، ثنائية التردد
• التحكم: يختار المستخدم التحكم الذاتي الكامل (مبرمج مسبقًا) ، أو الربط ، أو الراديو
• البطارية: قابلة للشحن ليثيوم أيون
• المنافذ: منفذ الشحن ، منفذ Ethernet للبرمجة ، منفذي Ethernet ضيفين

تصميم Sea Otter هو وحدات. إن عوارض المواجهة والطيور الجانبية هي قطع أساسية ، ولكن يمكن تغيير الطول والعرض والتخليص الأرضي عن طريق إطالة أقواس التعشيق أو تغيير الجسر المتصل. يتضمن التصميم الحالي منفذي إيثرنت للضيف ومساحة داخلية لألواح الدوائر الإضافية مثل اكتساب البيانات أو لوحات الفيديو.

يسمح التصميم المعياري بتركيب الحمولات في غضون دقائق ، دون القلق من شكل الحمولة أو الحجم أو الوزن. وقد شملت الحمولات الملوحة ، والتعكر ، وعمق سرعة الصوت ، والكاميرات المختلفة ، والسونار التصويري ، والعوامات التي يمكن إطلاقها ، ومقاييس اختراق التربة ، وزلاجات الاستشعار الكهرومغناطيسي ، وغيرها.

يتم تضمين البطاريات وجميع الأجهزة الإلكترونية في حجم الصوت إلى أقصى حد لحجم الحمولة النافعة بينما تقلل إلى أدنى حد من "قاع التدريجي". ينتج عن المسار الواسع ضغوط أرضية أقل من 1.3 كيلوباسكال ، عندما يكون جافًا أو 0.43 كيلوباسكال عند غمره. يمكن تعديل تصميم المسار من أجل قبضة أكثر قوة أو جعله أوسع وأطول لخفض الاتصال بضغط الأرض. يتم إضافة المصدات لتقليل الاضطراب والسحب.

وتتحقق دقة الملاحة الذاتية من خلال دمج البيانات من الدوران البصري للألياف البصرية (FOG) محور واحد ووحدة قياس بالقصور الذاتي ثلاثي المحاور. يتلقى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مزدوج النطاق إصلاحًا عند عرضه ، ويتم استخدامه كتحقق من موضعه. وسارت مشفرات رمح على كل جانب المسافة قياس محرك الأقراص.

تم تحقيق دقة 2 ٪ من المجموع الكلي بشكل روتيني. يتم حساب الدوران في المكان (TIP) و arc-turns للحفاظ على دقة المسار. يوضح الشكل 2 نمط بحث سلم مبرمج مسبقًا على طول شاطئ ويلز في يورك بولاية ماين. حدث الاختبار أثناء ارتفاع المد وكان النظام مغمورًا (لاحظ أن الصورة منخفضة في المد).

بالإضافة إلى Sea Otter ، يتوفر خيار أكبر. Sea Ox هو زاحف سفلي متعدد الطبقات تحت سطح البحر مصمم لرسم الخرائط وأخذ عينات من قاع المحيط. مثل التصميم البحري ، يسمح التصميم المعياري بالنقل والتخزين والنشر بسهولة. تم تصميم النظام ليعمل إما بشكل مستقل أو من خلال الأوامر المربوطة أو RF. يبلغ طول سيكس كريستال 122 × 122 × 30 سم ، ولكن يمكن تمديده بسرعة لزيادة سعة القطر أو السحب. كما هو مبين في الشكل 3 ، فإن Sea Ox يمتلك نطاقًا بطول 32 كم تحت سطح البحر ، والذي يمكن تمديده عن طريق إضافة حزم البطارية إلى 64 ميلاً. الوزن الكلي للجرار هو 113 كجم ويمكن أن يصل إلى 230 كجم في حالة التشغيل في الأمواج العالية.

تم تصميم Sea Ox أصلاً لسحب زلاجة الأجهزة التي ضمت ملفات الحث الكهرومغناطيسي المزدوج (EMI) المصممة بواسطة White River Technologies، Inc. وزنها 60 x 180 سم تزن 30 كجم بما في ذلك الأجهزة. من دون القلق بشأن اعتبارات الطفو أو الحجم ، تم استخدام ثور البحر وزرقته لربط حزم أجهزة الزبون الإضافية مثل CTD والأكسجين المذاب (DO) ، وحافظات الصوت ، والموجات الصوتية ، والمحولات الصوتية الدوبلرية الحالية (ADCP) . وتحت التطوير ، يوجد نظام تصويب متعدد الجسيمات لإعادة العينات الفيزيائية من بيئة قاع البحر.

اثنين من التطبيقات المقنعة
روبوتات الزحف في قاع البحر ليست مستجدات بسيطة. تمكن العديد من التطبيقات الهامة. الطبيعة البرمائية لبحر البحر تسمح بالتشغيل على الأرض ، عبر المنطقة الانتقالية بما في ذلك عمق 100 م. يقلل بروفايل منخفض 30 سم من السحب من خلال التشغيل في الطبقة السفلى من التربة / الحد الأدنى للسرعة ، ويسمح لها بالعمل بشكل غير ظاهر تحت المرور السطحي. يخلق المسار العريض ضغطًا أرضيًا منخفضًا للغاية يبلغ 0.0186 بار ، والذي يمكن أن ينقل أرضًا ناعمة جدًا تكون أقل حجماً من البشر. مع نطاق تحت الماء بطول 16 كم (سطح يزيد عن 32 كم) ، يمكنه مسح شواطئ كاملة في يوم واحد. وتسمح نموذجية "ثور البحر" بتوزيعها على المناطق الشاطئية الحساسة ويمكن إطلاقها واستعادتها من قبل شخص واحد من الشاطئ ؛ خفض تكلفة الدراسات الاستقصائية إلى جزء صغير من الأنظمة التقليدية حيث يمكن للتكاليف اللوجستية أن تفوق العملية الفعلية. وقد أثبتت بعض التطبيقات الحديثة هذه الإمكانية.

علاج UXO
Sea Ox عبارة عن منصة للتنقل القاع محمولة للرجل لتحقيقات الذخائر غير المنفجرة في المناطق التي تمر بمرحلة انتقالية وتصفح ومياه ضحلة للغاية. بتمويل من برنامج شهادة تكنولوجيا الأمن البيئي (ESTCP) ، برنامج دويل للتكنولوجيا البيئية وإثبات الصحة ، أظهر Sea Ox:

• تصميم منخفض المظهر يسمح للنظام بالعمل في المنطقة الحدودية مما يقلل التعرض للتيارات ويقلل من تأثير السحب والموجة
• تصميم قوي وخفيف الوزن يسمح بتعديل البصمة والصابورة لاستيعاب العبور عبر تربة الضغط منخفضة الضغط والوضوء مع توفير الجر لسحب أجهزة الزلاجات
• نموذجية وتجميع في الموقع مما يسمح بنقل شخص واحد عبر التضاريس الحساسة أو الحساسة بيئياً
• منخفضة للغاية الكهرومغناطيسية الذاتي توليد (EM) والضوضاء الصوتية تدخل الأجهزة الحد الأدنى
  في هذه المهمة ، قامت شركة Sea Sea بسحب شركة White River Technologies، Inc. (WRT) إلى مجموعة كاشف Flex-EM.

كانت أهداف المشروع:

• تقييم القدرة على إجراء تحقيقات جيوفيزيائية متكاملة من خلال حزم أجهزة محمولة ومجروزة عبر مجموعة من الولايات التضاريس والبحرية
• تطوير استراتيجيات المناورة مع حزمة السحب
• تحديد الخرائط ودقة التغطية
• تقييم المزايا التشغيلية لتصميم وحدات أصغر
• عرض فعالية التكلفة الكاملة لدورة الحياة ، بما في ذلك التعبئة والتسريح ، والتعديل الخاص بالمركبة في الموقع لدعم البيئة والحمولة الصافية ، واستعادة المركبات الملوثة وإصلاحها وصيانتها

هذه تم إنجازها. يكون ثور البحر الأكثر قدرة هو وحدة مع مجموعة أدوات واحدة ووزن مكون 25 كجم كحد أقصى. يمكن أن توفر سنة كاملة من الاحتفاظ بمحطة متعددة المواقع ، النشر اليومي ، وتوصيف الموقع الموسمي.

و فصاعدا . .
الزواحف قاع البحر هي فئة الناشئة من الروبوتات تحت سطح البحر. بفضل تمكينها من خلال تقنية المكونات المحسنة ، تقدم هذه الأدوات الآن أداءً مفيدًا. للحصول على مسح دائم ودقيق من خلال منطقة الأمواج ، توجد الآن منصات آلية قابلة للحياة تعيدنا إلى البحر.