انقلاب ربات های زیر دریایی هوشمند در اکتشافات دریایی

انقلاب رباتیک با ربات های هوشمند چند منظوره در راه است. از خودروهای بدون راننده تا کاوشگرهایی که به اعماق دریاها می روند تا انسان را با گوشه ای  از واقعیت های خلقت آشنا کند. رباتهای زیر دریایی امروز کاربرد های زیادی در صنایع و علوم دریایی و بویژه در اکتشافات دریایی دارند. محققان اروپایی می خواهند با طراحی این روباتها در اکتشافات دریایی تحول بزرگی ایجاد کنند. این طرح «فناوری سونار زیر آب با قابلیت تغییر مقیاس گسترده» نام دارد.

ربات های زیر دریایی با فناوری سونار

مراحل به آب انداختن ربا ت زیر دریایی سونار

ربات های هوشمند سونار یک و نیم متر طول دارد و مجهز به حسگر می باشد

سیستمی که محققان اروپایی این طرح بکار می برند، شامل انبوه روبات های پیچیده مجهز به هیدروفون و حسگر است که زیر آب کار می کنند و می توانند به صورت انبوه مرتبط به هم کار و با فناوری سونار کف دریا را بررسی کنند. برای  آشنایی  با فناوریهای  جدید رباتیک در  اکتشافات زیر دریایی  با گزارش امروز سرویس علمی روزیاتو همراه باشید.

گشتی در نخستین موزه  زیر آب جهان

انقلاب  رباتیک زیر  آب

انبوه ربات ها زیر آب، آرایه صوتی هوشمند می سازند محققان طرح «فناوری سونار زیر آب با قابلیت تغییر مقیاس گسترده» مشغول آزمایش نمونه اولیه یکی از سیستمهای روباتیک هستند. این سیستم شامل دو جسم شناور کوچک و تعداد زیادی ربات های زیر دریایی مجهز به دهها کامپیوتر، آب لرزه‌یاب (هیدروفون) برای دریافت موج های لرزه ای در آب و سونار برای فاصله‌یابی صوتی زیر آب هستند.

البرت کلهولت مهندس الکترونیک این طرح می گوید: «صدای “تیک تیک” که می شنوید پالسهای الکتریکی هستند. تعداد زیادی الکترود در آب هست که ۱۰ سانتی‌متر از یکدیگر فاصله دارند. روی جسمهای شناور باتری‌های کوچک دو کیلوواتی قرار دادیم که موجهای صوتی (سونار) را ایجاد می‌کند. پالس سونارها در اعماق آب نفوذ می کند و در اثر برخورد با کف دریا منعکس می‌شود. هیدروفونها صداها را ضبط می کند. با تجزیه و تحلیل کامپیوتری این صداها و با کمک بازتابها می‌توانیم لایه‌های کف دریا را ببینیم و شناسایی کنیم.» این روباتهای زیرآبی برای این طراحی شده اند تا زیر آب آرایه‌ای آکوستیک (صوتی)‌ بسازند که هوشمند، قابل کنترل و گسترده با قابلیت شکل گیری مجدد است.

چالش اصلی، تعامل روبات‌ ها با یکدیگر زیر آب است

محققان می خواهند انبوه ربات ها زیر آب با یکدیگر تعامل داشته و اطلاعات را با هم رد و بدل کنند. یکی از اهداف ما در این طرح این بود که بیشترین تعداد ممکن از ربات های زیردریایی را در این مجموعه داشته باشیم. بر اساس ساعتهای اتمی این کار را انجام می دهیم. هریک از ربات ها به ساعت اتمی مجهز است. این کار چند سال پیش غیر ممکن بود. این ساعتهای اتمی به ربات ها امکان می دهد تا بدون مشکل زیر آب حرکت کنند. چالش بعدی ما این است که این روباتها حین حرکت باید با یکدیگر هماهنگ باشند. مکان‌ یاب به ما آنها امکان می دهد موقعیتشان را تشخیص بدهند.»

مزیت بزرگ این طرح، انعطاف پذیری ربات های زیردریایی است

در فناوریهای که در حال حاضر برای اکتشاف با سونار وجود دارد به کشتی‌های بزرگ، چشمه‌های صوتی قوی و تجهیزات گران‌ قیمت نیاز هست. در نتیجه عملیات به کندی پیش می رود و بسیار پرهزینه است. اما طرح اروپایی چه مزیت هایی دارد؟ جوانی ایندیوری، محقق مهندسی کنترل و مسئول هماهنگ کننده طرح «فناوری سونار زیر آب با قابلیت تغییر مقیاس گسترده» می گوید: «این ربات ها می تواند بسته به نیاز شکل خاصی به خود بگیرند. از آنجا که سیستم جمع آوری داده ها اساسا مثل یک آنتن عمل می کند انعطاف پذیری این روباتها یک مزیت بزرگ به شمار می آید زیرا مکانیزم دریافت سیگنالها را بهینه می کند.»

اکتشافات لرزه نگاری و کاوش نفت و گاز کف دریا با ربات های زیردریایی

به گفته دانشمندان این طرح این فناوری قابل استفاده در نقشه برداری سه بعدی دریایی است و برای اکتشافات لرزه نگاری و تشخیص ویژگی‌های کف دریاها به کار می‌رود. می توان از آن در ساخت و ساز یا نصب تجهیزات نظارتی زیرآب استفاده کرد. در مقیاس بزرگتر برای کاوش مواد معدنی، نفت و گازِ کف دریا به کار می رود. محققان می گویند که کاربردهای دیگر شامل عملیات جستجو و نجات، خبرگیری از محیط زیست، عملیات تجسس، یافتن مکان نشت نفت، ماهی گیری و باستان شناسی زیر دریا است.

ربات های هوشمند

محققان اروپایی قبلا روباتهای ماهی نما طراحی کرده بودند که قادرند زیر آب با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در طراحی این روباتها از بیومیمتیک، یعنی تقلید از رفتار حیوانات الهام گرفته شده است. این روباتها اطلاعاتی را جمع آوری و به سطح آب می فرستد که برای ارزیابی و حفاظت از محیط زیست تالابهای ونیز به کار می آید. دانشمندان طرحی تحقیقاتی در اروپا یک روبات ماهی نما، یک روبات صدف نما و روباتی شبیه نیلوفر دریایی طراحی کرده اند که می توانند زیر آب با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و اطلاعات را رد و بدل کنند.

این سه روبات وجه اشتراک دیگری هم دارند: سیستم ارتباطی و سخت افزار آنها با الهام از عناصر طبیعت طراحی شده است. طراحی این روباتهای زیر آبی در قالب طرحی اروپایی موسوم به «سابکولترون» انجام می شود. هدف «سابکولترون» این است که انبوه روباتها بتوانند طولانی مدت، زیر آب بطور مستقل عمل کنند.

هدف محققان اروپایی این بوده که گروه روباتهای قوی و انعطاف پذیری طراحی کنند. بطوریکه این روباتها قادر باشند خود را سازماندهی کنند. این روباتها براساس دانش موسوم به «بیومیمیتیک» ( زیست تقلید) طراحی شده اند. به این معنی که در سیستم ارتباطی و سخت افزارهای آنها از الگوی رفتاری حیوانات اجتماعی الهام گرفته شده است.

محققان، در آزمایشگاه رفتار حیوانات اجتماعی را مورد مطالعه قرار می دادند و سازمانی را که در قلمرو، این حیوانات تشکیل می شود، بررسی میکردند. این تشکیلات فقط بر اساس سلسله مراتب شکل نمی گیرد، بلکه برخی از حیوانات قادرند با هم ارتباط برقرار کنند که به آن «خود سازماندهی» می گوییم. در وهله اول سعی شد الگوی رفتارهای اجتماعی در طبیعت درک شود و سپس با ساخت مدلهایی مبتنی بر معادلات ریاضی این الگوهای رفتاری را در روباتها بازسازی شود.

استارت آپ ها هم اخیرا وارد ساخت ربات های هوشمند زیر دریا شده اند

برقراری ارتباط از طریق حس ششم الکتریکی در  ربات ها

این روباتها قادرند اطلاعات را زیر آب جمع و آوری و به سطح آب بفرستند. اما این سه روبات زیر آبی چگونه کار می کنند؟ تا چه حد می توانند زیر آب با هم ارتباط برقرار کنند؟ چالش اصلی دانشمندان در این طرح، سیستمهای ارتباطی است چون زیر آب اینترنت بدون سیم و فناوری «جی پی اس» کار نمی کند. البته مسئول هماهنگ کننده این طرح می گوید، چالشهای دیگری هم هست.

«برای برقراری ارتباط، خودمان فناوریهایی طراحی کرده و ساخته ایم. برای مثال در این روبات صدف نما حسی به وجود آورده ایم که در برخی از ماهیهای افریقا و امریکای جنوبی، در اثر تکامل به وجود آمده است. این حس می تواند میدان های الکتریکی در طبیعت را تشخیص دهد.روبات های ما هم می توانند با ایجاد میدان الکتریکی در آبهای متلاطم و نیز با یکدیگر ارتباط برقرار و محیط را رصد کنند و نسبت به تغییرات محیط زیر آب واکنش نشان دهند.»

سنسور هایی که در این روباتها تعبیه شده، قادرند گیاهان و جانواران زیر آب و همچنین تاثیر فعالیتهای صنعتی و گردشگری بر اکوسیستم پیچیده و شکننده زیر تالابهای ونیز را زیر نظر بگیرند.

پیرپائولو ککامپوسترینی، مهندس برق و مدیر موسسه «کورلیا» که با این طرح همکاری می کند می گوید: «مثلا روبات ما می تواند مدتی روی بستر دریا بماند و به محض اینکه حس کند فشار آب در اثر عبور قایق تغییر کرده است فعال شود. پس از آن می تواند به دقت ارتفاع موجی را که قایق ایجاد کرده است اندازه بگیرد. این اندازه گیری برای فهم تأثیر عبور قایق ها بر محیط زیست، بسیار مفید است. بر اساس این اطلاعات می توان مثلاً با تعیین حداکثر سرعت مجاز و ایجاد محدودیت های ترافیکی، مدیریت محیط زیست را دقیقتر کرد.»

به نظر میرسد دنیای زیر آب برای انسان ها در نیمه دوم قرن بیست و یکم، دنیایی شناخته شده تر از قبل باشد. از فرصت های تحصیلی رایگان و بورس در رشته رباتیک در دانشگاه های سوئد و نروژ و آلمان در سال جاری استفاده کنید.