Зачем применяют подводных роботов кратко
Обновлено: 08.07.2024
Если робота снабдить соответствующими манипуляторами, то он запросто сможет что-либо делать под водой — прикручивать и откручивать, отрезать и приваривать, доставлять грузы вниз и поднимать на поверхность. Причем делать это часами — ему не страшны высокие давления, кессонная болезнь и переохлаждение.
Все чаще роботов привлекают для строительства, обследования и ремонта объектов, находящихся под водой. Таких как газо- и нефтепроводы, подводные кабели, нефтевышки, плотины, опоры мостов. Специально созданные аппараты используют в атомной промышленности для проверки и проведения несложных работ в радиоактивных водных резервуарах. И уж, конечно, для визуального обследования причальных сооружений и днищ судов.
Интереснейшей задачей для роботов является обследование и очистка акведуков и систем канализации изнутри, там, куда человек вообще не может добраться. Так, в одном из самых длинных водопроводных туннелей мира, Делавэрском акведуке, появились трещины, через которые ежедневно уходят тысячи кубометров воды. Для ремонта туннеля предусмотрено использовать миниатюрную подводную лодку-робота.
Мозги внутренние, наружные и коллективные
Для осмотра затонувшего корабля иногда достаточно опустить на тросе телекамеру. Если же важно осмотреть затопленный объект изнутри, а глубины не позволяют использовать водолаза, то автономный, свободно перемещающийся робот здесь просто незаменим. Важно только, чтобы робот сам нашел дорогу назад.
Но даже если мощности бортового компьютера недостаточно, робот может найти выход из положения самостоятельно, воспользовавшись… сетью Интернет. С ее помощью робот может использовать для своих целей свободные мощности других компьютеров или просто пользоваться находящимися в сети специальными базами данных.
В бездну за золотом
Несмотря на то, что подводные роботы весьма дорого стоят, они вполне могут окупить себя. По некоторым данным, на дне Океана покоится около трех миллионов (!) затонувших кораблей, большинство из которых вообще не обнаружены. Помимо того, что древние корабли представляют собой чисто археологический интерес, они могут содержать в себе огромные сокровища. Взять хотя бы галеоны испанского серебряного флота.
Охраняют особо секретные объекты, исследуют состояние кораллов и становятся частью стаи кальмаров — все это могут делать подводные роботы.
Зачем нужны подводные роботы?
С помощью подводных беспилотников разные государства могут контролировать свои морские границы и даже получить преимущество в потенциальном противостоянии. Они могут проводить разведку, обнаруживать, сопровождать корабли и также ретранслировать сигналы.
Подводные роботы и дроны могут фотографировать и записывать на видео морских обитателей, а также передавать другие параметры окружающей среды, например, выполнять геодезическую и исследовательскую работу.
Еще инженеры создают роботов в виде морских животных, например, тунца, чтобы они могли находиться в одной среде с реальными морскими обитателями. Ученые разработали робота-тунца, который способен управлять движением косяков рыб в случае экологической катастрофы. Также он позволит проводить экологический мониторинг, управлять биоресурсами и сопровождать конкретные объекты под водой.
Подводные роботы умеют находить клады. Процесс поиска с помощью такого устройства был показан в фильме Republica. В нем рассказывалось об операции по подъему золотого запаса, утерянного во время гражданской войны в Америке. Для поиска использовали дронов, передвигающихся под водой.
Какие бывают подводные роботы?
Если речь идет о военной технике, то это самостоятельные аппараты с командным пунктом на суше. Обычно они небольшого веса — от 1,7 кг. Если робот имеет массу от 1,4 т до 10 т, то он уже классифицируется как крупногабаритный. Но ограничение по весу — это не основная характеристика. Например, в США разработали аппарат Orca весом 50 т. Он может плавать под водой несколько недель или месяцев.
Аналогичная разработка есть и в Китае. Речь идет об аппаратах HSU-001. Технические характеристики власти не раскрывают. Судя по внешнему виду, у устройства есть сдвоенные винты, они улучшают крейсерское движение. Предположительно, HSU-001 был создан, чтобы совершать длительные патрули. Двигатель находится в корпусе — благодаря такой конструкции передвигаться можно в любом направлении, даже вбок.
Есть концепции роботов, которые сделаны по образу морских существ, то есть, помимо обтекаемости, инженеры учитывают еще и индивидуальные особенности живого организма. Так появился робот-кальмар — он может плавать и двигаться, создавая струи воды. Устройство оснащено собственным источником энергии и может нести датчик, например, камеру для подводных исследований.
Также есть обычные роботы с ИИ. Например, компания Spectrum Offshore представила подводные лодки, которые могут выполнять геодезическую и исследовательскую работу в глубинах океана без контроля со стороны человека. Устройство самостоятельно отбирает данные, которые могут быть полезны для ученых, и удаляет то, что уже известно.
В чем сложность создать подводного робота?
Трудностей достаточно много, например, связь. Из-за воды радиоволны искажаются, то же самое происходит и с другими беспроводными сигналами. А значит, быть на связи с аппаратом и контролировать его местоположение по видеотрансляции не всегда получается. Поэтому вся передача данных организована на основе акустики либо кабеля, в редких случаях — при помощи света.
Чтобы обойти проблему, используют акустические системы позиционирования. Например, на аппарате могут разместить пингер, который время от времени издает специальный сигнал. Эти позывные пеленгуют, определяют дистанцию. Потом, по углу прихода сигнала и дистанции можно вычислить расположение аппарата.
Также подводных роботов и дронов могут выловить с помощью рыбацких сетей. Например, в январе 2020 года рыбаки из Хорватии достали часть подводной сенсорной системы ВМС США. Также подобные устройства регулярно находят в Китае.
A что разрабатывают в России?
Да, работа в этом направлении идет. Ученые из Дальневосточного федерального университета заявили, что в 2022 году начнутся испытания полностью автономного подводного робота. Он сможет выполнять задачи в условиях неопределенности. Система будет работать так, что робот станет плавно приближаться к объекту, фиксировать его и проводить необходимые манипуляции с ним.
В Университете Иннополис проходят состязания подводных роботов. Большинство участников собирают роботов из специализированного конструктора MUR или его комплектующих.
Новое поколение роботов исследует глубины океана. Эти механические существа способны выполнять под водой самые сложные работы. Своим обличьем они напоминают обитателей моря — животных, идеально приспособленных для жизни в водной среде.
…В сумерках гладь волн расступается. Странные тени возникают из моря. Армада причудливых зверей ползет на пляж. Стоит приблизиться к ним, замечаешь, что это роботы. Только они не похожи ни на людей, ни на машины — у них обличье омаров.
Несколько часов назад неподалеку от восточного побережья США их сбросили с самолетов в воду. Они тотчас погрузились на дно моря и приступили к работе: принялись отыскивать и уничтожать мины, сохранившиеся здесь еще со Второй мировой войны. Теперь, завершив дела, они выбрались на берег…
Пока описанная сцена все еще считается фантастичной. Однако, по словам американского биолога и специалиста по роботам Джозефа Айерса, скоро она станет реальностью. Вот уже несколько лет Айерс, директор Северо-восточного океанологического центра, расположенного в Нэенте (Массачусетс, США), проводит опыты с механическими моделями миног и омаров.
Заказчиком выступает министерство обороны США. Благодаря ему бюджет исследований достиг трех миллионов долларов. Интерес военных не случаен. Они надеются, что плавучие роботы станут очищать от мин те участки акватории, куда не доберутся катерные тральщики. В свою очередь, искусственные омары могут проверять качество воды и искать источники ее загрязнения.
Сравнение роботов с подводными животными ни в коей мере не условно. В течение долгого времени ученые наблюдали за движениями рыб и раков, подмечая, как они плещут хвостами, перебирают ногами, размахивают клешнями, поводят брюшком. Все эти движения анализировали компьютеры. По этим данным мастерили копии из металла и пластика. Это помогло создать опытные образцы рыб-роботов и омаров-роботов.
Выбор ученых не случаен. Благодаря эволюции возникли виды животных, которые идеально приспособились к своей среде обитания, в том числе к жизни в морских глубинах. По их образцу и надо мастерить подводных роботов. Без этих подручных нам не исследовать океан. Уже сегодня мы лучше знаем поверхность Луны, чем то, что творится в океане в каких-нибудь двух десятках метров от поверхности воды. А ведь уже в ближайшие десятилетия внимание ученых, инженеров, промышленников будет приковано к этому необъятному миру, омывающему все континенты.
Во всем мире действует несколько сотен подводных роботов самых разных размеров. Все они построены по одной и той же схеме. На огромных металлических рамах закреплены их органы: электродвигатели, прожекторы, видеокамеры и захватные устройства. Искусственная пуповина — длиннющий кабель — связывает этих роботов, еще не рожденных для подводной жизни, с кораблем, на борту которого им жилось бы куда легче. По кабелю подается питание, сообщаются команды.
Оказавшись среди волн, эти горы металла так же неустойчивы, как рулон ватмана, выставленный на ветру. Волны сбивают их с ног. Под водой наблюдаются такие же сильные течения, как в иных реках. Чтобы удержать робота на месте, где ему предстоит работать, надо наращивать его массу и мощь.
Рядом с этими исполинами (или, если хотите, истуканами), заброшенными в подводный мир, которому они чужды всей своей фактурой, роботы, ставшие персонажами нашего рассказа, так же изящны, миниатюрны и эффективны, как персональный компьютер по сравнению с ЭВМ начала восьмидесятых годов. Прежние исполины преодолевали стихию. Новые подводные роботы во всем послушны ей. Их тела угодны океану; эта среда обитания предназначена для них.
Морские глубины все больше осваиваются человеком. Но они несут с собой не только приобретения, но и очень большую опасность. Поэтому со временем водный мир люди уступят роботам
В принципе, живые рыбы движутся очень неестественно; они напоминают собой механизмы. Тем легче сблизить рыбу и робота. Вдобавок слой воды и стекло аквариума мешают отличить живые ткани от полимеров. Подойти к рыбам, потрогать их нельзя. Зрение же обманывает. В этом залог того, что сбудутся мечтания некоторых ученых, намеренных впредь штамповать в натуральную величину глубоководные и ископаемые виды рыб для аквариумов.
Кстати, многие рыбы обладают отличным обонянием. Возможно, со временем появится и робот-акула, наделенный такой же чувствительностью, как грозная рыба, но ничуть не кровожадный. Акуле достаточно такой ничтожной концентрации крови, как 1: 1 000 000, чтобы устремиться навстречу жертве. Робот будет так же беспощадно выявлять попавшие в воду вредные вещества.
Прямо сейчас в Мировом океане продолжается невидимый бой за право быть повелителем морских глубин. Военные сильнейших держав пытаются получить преимущество, которое позволит не просто охранять подводные границы, но и даст козырь в потенциальном противостоянии с другой страной.
Ключевым аргументом в этом споре могут стать подводные беспилотники. Это аппараты без экипажа внутри: командный пункт оборудован на кораблях или суше. Как правило, они небольшие — от 1,7 кг, аппараты массой от 1,4 т до 10 т уже классифицируются как крупногабаритные, но сейчас появляются и настоящие гиганты, например, вес американской Orca — 50 т. Они могут находиться в воде до нескольких недель и даже месяцев, тогда как обитаемой подлодке необходимо хотя бы иногда всплывать на поверхность.
Беспилотники не в пример дешевле управляемых кораблей. Например, корпорация Boeing взялась изготовить для армии США четыре сверхбольших беспилотных подводных аппарата Orca (XLUUVS) за $10 млн каждый. В эту сумму входит также тестирование и поставка всех вспомогательных элементов.
Для сравнения, боевой корабль LCS стоит $584 млн. Он быстрее, может взять на борт больше вооружения, а его экипаж состоит из 40 человек. Это, с одной стороны, преимущество (экипаж выполняет задачи, которые дрону не решить), а с другой — уязвимость (люди рискуют жизнями). Orca же абсолютно автономна, оператор в полной безопасности.
Boeing строит Orca на основе своего автономного Echo Voyager, который может работать в море в течение нескольких месяцев (Фото: Boeing)
Беспилотники большие и малые
Эквивалент Orca есть и у Китая. Новейшие подводные аппараты большого водоизмещения HSU-001 мир впервые увидел в 2019-м, на параде по случаю 70-й годовщины основания КНР. Продемонстрированные беспилотники-невидимки, крылатые ракеты, гиперзвуковое оружие особо никого не удивили, по большому счету они скопированы с аналогов армий других стран. Другое дело — подводные роботы. Они вызвали за рубежом неподдельный интерес.
Технические характеристики китайцы не раскрывают. О возможностях морских аппаратов наблюдатели могут лишь догадываться по внешнему виду. Подлодка имеет сдвоенные винты, оптимизированные для крейсерского движения. Вероятно, HSU-001 задумывался как аппарат для дальнего патрулирования. Двигатели спрятаны в корпус, что, скорее всего, позволяет двигаться вертикально вверх, вниз и даже вбок.
До демонстрации HSU-001 на параде о наличии у Китая безэкипажных подлодок можно было только догадываться. Нет никаких официальных подробностей и об испытаниях 2010 года (Фото: CCTV-4)
Но даже не демонстрация новейшего подводного беспилотника поразила наблюдателей, а тот факт, что подобных подводных роботов Китай начал тестировать еще десять лет назад. Вряд ли кто-то всерьез мог подумать, что уже в 2010 году КНР обладала оружием для охоты на вражеские подводные лодки.
Из десятков, сотен и даже тысяч других, более мелких, можно сформировать так называемый рой, против которого устоять очень сложно. Подобная тактика переворачивает прежние представления о морском бое, и та страна, которая сможет ее реализовать первой, станет безоговорочным морским лидером. Планируется, что управлять роем будет искусственный интеллект.
Каждая единица роя весит чуть менее 2 кг, дроны могут погружаться на глубину до 50 метров и оснащены датчиками температуры и давления, а также GPS для точности определения местоположения.
Кроме ведения боевых действий подводные дроны ищут на дне мины, разведывают, охраняют. На фото офицер ВМС США наблюдает данные с беспилотного подводного аппарата во время учений (Фото: ВМС США)
Что слышно и видно на глубине
Одной из главных проблем подводных беспилотников продолжает оставаться связь. Вода искажает радиоволны и другие беспроводные сигналы, которые на воздухе прекрасно передаются даже на больших расстояниях. Поддерживать четкий контакт оператора и морского дрона, при котором в командном пункте еще и будут получать точную картинку происходящего, крайне непросто.
К тому же, если шпион-беспилотник попытается передать информацию на командный корабль, он раскроет этим его местоположение. При этом самому дрону практически ничего не угрожает: для ликвидации он слишком мелкая сошка.
А вот управлять беспилотниками на глубине 8–11 км даже проще, чем, например, на глубине в 1 км: команды передаются с гораздо меньшими помехами. Поскольку абсолютно любое оружие бессильно на такой глубине, необитаемая субмарина способна подойти почти вплотную к цели.
Борьба с рыбацкими сетями и акулами
Обнаружить подводные беспилотники трудно, а вот поймать легко. Главная опасность для таких систем — обычные рыбацкие сети. В январе 2020 года хорватские рыбаки вытащили из Адриатики часть подводной сенсорной системы ВМС США, которую американские военные тут же попросили вернуть.
Постоянно вылавливает в своих водах иностранные дроны и Китай. В 2020 году за передачу неопознанных подводных аппаратов наградили 11 рыбаков. Как правило, такие находки китайские военные не демонстрируют, однако, вероятнее всего, это беспилотники-шпионы, измеряющие глубину, шум, состав воды, течения. Все, что обывателю может показаться неважными подробностями, в потенциальных операциях способно дать подводникам тактическое преимущество.
Подводные беспилотники китайцы находят и в спорных водах Южно-Китайского моря. В 2012 году возле острова Хайнань рыболовное судно неожиданно поймало американский подводный беспилотник, оснащенный спутниковой связью и камерами. А в 2016-м китайцы перехватили дрон в международных водах вблизи Филиппин.
Но и сами китайцы становятся антигероями новостных сводок. В январе 2021 года большой шум наделала находка Индонезии, которая подняла у берегов острова Сулавеси китайский подводный аппарат, который, вероятно, шпионил за соседней страной.
В столице КНДР выставлен большой разведывательный беспилотник с корпусом в форме торпеды. Его подняли еще в 2006 году у города Хамхын на восточном побережье. Корейцы тогда утверждали, что это передовая техника ВМС США, те, естественно, все отрицали. Однако по фотографиям туристов удалось определить, что аппарат действительно американский, это UUV, предназначенный для составления карты дна. Такие дроны могут работать на мелководье и проникают туда, куда не добраться обитаемой субмарине из-за ее размеров.
Повредить роботов способны и морские обитатели. Их могут потопить крупные кальмары или покусать белые акулы. Такие случаи известны: есть видео, на котором зафиксирована атака больших белых акул: вначале они укрываются под дном аппарата, а затем моментально кидаются на него, думая, что это добыча, и стремятся перекусить.
Читайте также: