難破船やサンゴ礁を狙う小型深海ドローン ダイビング

地球規模の海洋を探索するのは困難です。よく言われるのは、私たちは月の表面についてよりも深海についての知識が少ないということです。 オーストラリアの会社 高度なナビゲーション 同社は、小型の自律型水中飛行体 (AUV) でこの状況を変えたいと考えており、これが海上で消費者向けドローンに相当するものになることを期待している。 そして、新しいAUVはすでにオーストラリアのサンゴ礁のマッピングと監視、そして難破船の潜水に着手している。

シドニーに本拠を置く同社は、10 年以上にわたって水中ナビゲーション技術を開発してきました。 2022 年、Advanced Navigation は、最初の自社製 AUV を発表しました。 含水。 この車両は長さが 0.5 メートル未満で、ほとんどの代替車両よりもかなり小さいです。 それでも、完全に自律型であり、毎秒 60 フレームが可能な 4K 解像度のカメラを搭載しており、高解像度ビデオのキャプチャと詳細な 3D 写真測量モデルの構築の両方が可能です。

Advanced Navigation によれば、Hydrus は深度定格 3,000 メートル、航続距離 9 キロメートル、最大 3 時間持続するバッテリーを備え、さまざまなミッションに対応できるという。 同社は最近、2 つのユニットを次の企業に販売しました。 オーストラリア海洋科学研究所 同国の熱帯海洋科学機関（AIMS）は、同国の西海岸沖の北西棚地域のサンゴ礁を調査するためにそれらを使用する予定だ。 ハイドラスは最近、西オーストラリア博物館と協力して、パース近郊の海岸沖の難破船の詳細な 3D モデルを作成しました。

「ドローンを空に投げ上げるのと同じように、人々がこれらをボートから投げることができれば、明らかに海の探査に利益をもたらすでしょう。」 —ロス・アンダーソン、西オーストラリア博物館

長年にわたり他のロボット企業にコンポーネントを供給してきましたが、
ピーター・ベイカーAdvanced Navigation 社の海底製品マネージャーは、同社が市場のギャップに気づいたと述べています。 「私たちは、空撮ドローンで得られるユーザー エクスペリエンスを水中に持ち込んだかったのです」と彼は言います。 「海底の画像やデータを入手するには非常に費用がかかります。 したがって、このシステムを小型化し、ユーザーの観点から大幅に簡素化することで、人々はデータにさらにアクセスしやすくなります。」

しかし、コンパクトで低コストのAUVを構築するのは簡単ではありません。 深海は高圧と腐食性の海水が組み合わさっているため、電子機器にとっては適した場所ではないとベイカー氏は言う。 これに対処する従来の方法は、すべての重要なコンポーネントを、周囲圧力を維持し、湿気の侵入を防ぐことができる密閉チタンチューブに入れることです。 ただし、そのためには余分な重量を補うために浮力を追加する必要があり、そのために車両の体積が増加するとベイカー氏は言います。 つまり、より大きなモーターとより大きなバッテリーが必要になります。 「すべてが螺旋を描き、最終的にはミニバスほどの大きさのものになります」と彼は言います。

Advanced Navigation は、特注の耐圧力電子機器を設計することでスパイラルを回避しました。 彼らはすべての回路基板をゼロから構築し、静水圧チャンバーで破壊までテストされたコンポーネントを慎重に選択しました。 これらは防水複合シェルにカプセル化されており、水の浸入のリスクをさらに軽減するために、ドローンは完全にワイヤレスで動作します。 バッテリーは電磁誘導充電を使用して再充電され、データ転送は水上では Wi-Fi 経由で、水面下では光モデム経由で行われます。

Hydrus AUV は、腐食性の海水が充電ポートから漏れるのを防ぐために、誘導を使用して充電されます。高度なナビゲーション

これにより同社はシステムを大幅に小型化でき、全体の運用コストに大きな影響を与えたとベイカー氏は述べています。 「車両を回収するのにクレーンやウインチなどは必要ありません。漁網で回収できます」と彼は言います。 「はるかに小さいボートを使用することで問題を回避できます。業界の経験則では、ボートのサイズを 2 倍にすると、コストは 4 倍になります。」

しかし、同様に重要なのは、車両の使いやすさです。 ベイカー氏によると、ほとんどの水中ロボットシステムは依然としてテザーを使って動作しているが、Hydrus は船上で自律航行をサポートするために必要なハードウェアをすべて搭載しているという。 同社の「基礎」は慣性ナビゲーション技術であり、加速度計とジャイロスコープを使用して既知の開始点から車両を追跡します。 しかし、このドローンにはソナーシステムも搭載されており、海底から一定の距離を保ち、反射するエコーのドップラーシフトを測定することで速度を判断することもできる。

これは、ユーザーが地図上に一連のウェイポイントをプログラムするだけで、車両を船外に投げ捨て、あとは自分のデバイスに任せることができることを意味するとベイカー氏は言う。 Hydrus には低帯域幅の音響通信チャネルがあり、オペレーターが「停止」や「帰宅」などの基本的なコマンドを送信できるようになっているが、Hydrus は設定したら忘れる AUV になるように設計されている、と同氏は言う。 「これにより、ユーザーが操作するために必要な基準が大幅に下がります」と彼は言います。 「DJI ドローンを操縦できるなら、Hydrus も操縦できるでしょう。」

同社は、人間のダイバーが通れるほど浅い水域での典型的な海底調査の場合、ハイドラスの方が代替品より75％安価になる可能性があると試算している。 そして、より深いところでは節約額が大幅に増加します。 さらに、ドローンの正確なナビゲーションにより、より一貫性があり再現性のあるデータを生成できるとベイカー氏は言います。

その機能を実証するために、ハイドラスの設計者は西オーストラリア州パース近くの海岸のすぐ沖にあるロットネスト船墓地で難破船を探しに行きました。 西オーストラリア博物館の学芸員、ロス・アンダーソン氏によると、この場所は老朽船の沈没場所として指定されていたが、多くの難破船の深さのためまだ十分に調査されていないという。

Advanced Navigation チームは、Hydrus を使用して、沈没した「石炭殻」の詳細な 3D モデルを作成しました。これは、後に蒸気船用の浮遊石炭倉庫に改造された古い鉄製帆船のカテゴリーの 1 つです。 西オーストラリア博物館は今のと​​ころこの船を特定できていないが、アンダーソン氏は、この種の模型は海洋考古学の研究を実施するだけでなく、波の下にあるものについて人々を教育するのにも非常に有益である可能性があると述べている。

プロセスを簡素化できるテクノロジーは大歓迎だとアンダーソン氏は付け加えた。 「ドローンを空に投げ上げるのと同じように、人々がこれらのいずれかをボートから投げることができれば、明らかに海の探検に利益をもたらすでしょう」と彼は言います。

AIMSが2機のHydrusドローンを購入した背景には、使いやすさも大きな要因だったとIEEE上級会員でもある技術開発プログラムリーダーのメラニー・オルセン氏は語る。 海洋科学で利用できるテクノロジーのほとんどはまだ研究レベルであり、洗練された専門的な製品には程遠いです。

「AIMS のような運営機関の場合、通常、船の後ろで設備の準備に多くの時間を費やす余裕はありません」とオルセン氏は言います。 「時間が非常に重要であるため、ユーザーがオンにしてすぐに機能するものが必要です。」

AIMS 用 Hydrus のもう 1 つの利点は、ドローンがダイバーよりも深い深度や、人間にとって危険な状況でも操作できることです。 「これにより、研究者はさらに水中の様子を確認できるようになり、夜間やワニやサメなどの脅威が存在するような、私たちがデータを収集できない場所など、より危険な状況でも活動できるようになります。 」とオルセンは言います。

同庁は当初、スコット礁やアシュモア礁などオーストラリア北西棚のサンゴ礁の調査にドローンを使用する予定だ。 目標は、サンゴの健康状態に関するデータを定期的に収集してサンゴ礁の状態を監視し、サンゴ礁が気候変動によってどのような影響を受けているかを調査し、できれば新たな問題の早期警告を得ることです。 しかしオルセン氏は、今後はハイドラスが海洋監視ツールキットの標準的な部分になると期待していると述べた。

この記事は、Advanced Navigation が Hydrus を発表した年を修正するために、2024 年 3 月 11 日に更新されました。