Суперпрочные дроны и роботы в глубинах Арктики, в огне вулкана и на стенах Долины Смерти

Технологии
Суперпрочные дроны и роботы в глубинах Арктики, в огне вулкана и на стенах Долины Смерти

От подводных глубин Арктики до пылающих вулканов, морских впадин и далеких планет, новое поколение сверхпрочных беспилотников собирается в места, где люди не смогут побывать. Но как создать суперпрочный дрон?

Когда королевское исследовательское судно (Royal Research Ship David Attenborough) «Дэвид Аттенборо» отправится в свои арктические исследования, оно будет нести в себе полный комплект автономных летающих и подводных аппаратов, предназначенных для раскрытия тайн полярных регионов.

Один подводный беспилотник или AUV (автономный подводный аппарат), находящийся на борту в день спуска судна на воду, носит имя Boaty McBoatface. Ему дали причудливое имя, выбранное для несущего корабля в онлайн-опросе, от которого впоследствии отказались.

Boaty рассчитан на погружение до 6000 м (19 700 футов), где давление примерно в 600 раз выше, чем на поверхности моря. Менее прочные машины будут полностью разрушены на этих глубинах. Он оснащен датчиками, визуальным оборудованием, сонаром, гидрофоном и коммуникационным комплексом для сбора данных об изменении глубины океана и их потенциальном воздействии на изменение климата.

Одна из самых сложных задач, с которой столкнулись дизайнеры Национального океанографического центра, заключалась в том, чтобы построить корабль, способный преодолевать большие расстояния подо льдом без необходимости перезаряжаться. Недавние достижения в области микропроцессоров, во многом благодаря технологии смартфонов, помогли изменить это, уменьшив количество энергии, необходимое для работы автономных дронов.

«Он движется с относительно низкой скоростью, но это позволяет ему преодолевать огромные расстояния и выполнять расширенные миссии по сравнению с техникой, которой мы располагали раньше.»

В начале прошлого года Boaty или автосубмарина большого радиуса (Autosub Long Range), это официальное название этого дрона, завершил свою первую полную ледовую экспедицию на шельфовом леднике Фильхнер в Западной Антарктиде, где он провел в общей сложности 51 час под антарктическим льдом, пройдя при этом 108 км (67 миль). Он достиг глубины 944 м, когда проходил под ледяным шельфом толщиной 550 м.

Сигналы GPS не могут проникать на такую глубину, что сильно усложняет процесс навигации. Boaty, используя материнский корабль как исходную точку, оценивает направление и пройденное расстояние, вычисляя скорость, отражая звук от морского дна и измеряя эхо-сигналы. По словам разработчиков, его волоконно-оптический гироскопический датчик имеет погрешность в 0,1%, за каждый пройденный километр в автономном режиме он может отклониться от курса не более чем на один метр.

Но, чтобы исследовать еще дальше и глубже, потребуются новые навигационные технологии, находящиеся уже сейчас в стадии разработки. Ее назвали поверхностная автоматическая навигация (Terrain Aided Navigation), система будет создавать рисунок морского дна и превращать в карту, что даст возможность автономному дрону свободно ориентироваться в пространстве и точно определять свои координаты в режиме реального времени.

Долгосрочные амбиции для семейства автосубмарин большого радиуса состоят в том, чтобы реализовать полную трансарктическую миссию подо льдом, узнать как можно больше об арктическом мире, которой сегодня для нас остается загадкой.

Подводные условия Арктики довольно сложны, но поверхность планеты Марс еще экстремальней, что влечет за собой целый ряд новых задач для проектирования роботов и дронов.

Два устройства, разработанные НАСА для исследования вулканических недр красной планеты, в настоящее время проходят испытания на Земле в условиях приближенных к реальным.

Lemur — сокращение от Limbed Excursion Mechanical Utility Robot — это машина с четырьмя конечностями, которая может преодолевать каменные стены, держась сотнями маленьких крючков в каждом из 16 пальцев. Инженеры из Лаборатории реактивного движения НАСА в январе взяли «лемура» на полевые испытания в Калифорнии, в Долине Смерти, где он использовал искусственный интеллект, чтобы выбрать маршрут до утеса.

Доктор НАСА Аарон Парнесс говорит, что способности «лемура» по скалолазанию могут быть использованы для проведения поисково-спасательных операций, чтобы помочь командам при оказании помощи при бедствиях.

Создать когти, которые не изнашиваются на скале, это было настоящей большой проблемой.

«Мы рассматривали титан, сталь, углеродное волокно, карбид, инструментальную сталь. Мы пробовали делать иглы по примеру игл для парусных судов, шприцев, токарных инструментов и даже собирали иглы кактусов. Кто победил — рыболовные крючки! Оказывается промышленность действительно уже может создавать острые, прочные и долговечные когти для нашего робота», — сказал специалист НАСА.

Другой сверхпрочный робот НАСА — Volcanobot, относительно дешевое устройство, разработанное для спуска в трещины и выживания в условиях высоких температур. Во время пробной миссии к вулкану Килауэа на Гавайях, он нанес на карту каналы предыдущих извержений, чтобы понять, как этот вулкан выглядит под землей.

Но создание машин, которые могут перемещаться по суровой местности и справляться с экстремальными температурами, оказалось непростым делом. Вулканическая порода чрезвычайно острая и твердая. Если вы пройдете пару миль по потоку лавы, подошвы вашей обуви будут на 100% истерты. Поэтому Volcanotbot использует углеродные волокна, включённые в его детали во время их 3D-печати, чтобы сделать их более прочными и устойчивыми к истиранию. Он может выглядеть невероятно изношенным с наружи, но электроника внутри надежно защищена.

В то время, как команда создала кожухи и материалы, которые могут противостоять температуре 300C, слабым звеном является внутренняя электроника, сегодня она имеет тенденцию выходить из строя при температуре 60-80C.

«Не достаточно иметь прочную оболочку робота, защищающую мертвые «кишки» робота!»

Японская компания Mitsubishi Heavy Industries разработала команду автоматических пожарных роботов, предназначенных для работы в условиях сильного жара и чрезвычайной задымленности.

Оборудованный GPS и лазерными датчиками, которые помогают им ориентироваться на месте пожара, робот «водяная пушка» занимает позицию, после чего от него отделяется дрон со шлангом и направляется к источнику воды, прокладывая шланг вдоль земли. «Водяная пушка» может подавать до 4000 литров в минуту.

Эта система была впервые испытана в марте в Токийском национальном исследовательском институте пожаров и стихийных бедствий, и ее дизайнеры планируют использовать ее в крайне нестабильных средах, таких как нефтехимические выбросы. Представитель команды разработчиков сказал, что цель состоит в том, чтобы роботы были полностью автономны во время выполнения их миссий.

Эксперт по робототехнике профессор Барри Леннокс говорит, что снижение затрат на строительство, улучшение материалов и усовершенствованных датчиков способствуют созданию сверхпрочных дронов по всему миру.

«В ближайшие пять-десять лет я ожидаю увидеть еще больше адаптированной для работы в экстремальных условиях автономной техники.»

Ранее ГЛАС сообщал о начале испытаний дрона сборщика пластикового мусора на берегах Италии.

Алексей Тит
автор статьи пожаловаться на статью