Spasioci su uočili ostatke turističke podmornice Titan na dnu okeana u blizini olupine Titanika 22. juna 2023. godine, što ukazuje da je brod pretrpeo katastrofalan kvar i da je petoro ljudi na njemu poginulo.
Dovođenje ljudi na dno dubokog okeana je inherentno opasno. U isto vreme, klimatske promene znače da je prikupljanje podataka iz svetskih okeana vitalnije nego ikad. Mašinski inženjer Univerziteta Purdue Nina Mahmoudian objašnjava kako istraživači smanjuju rizike i troškove povezane sa istraživanjem dubokog mora: Pošaljite podmornice, ali držite ljude na površini.
Kada govorimo o studijama vode, govorimo o ogromnim područjima. A pokrivanje ogromnih oblasti zahteva alate koji mogu da rade duži vremenski period, ponekad meseci. Imati ljude u podvodnim vozilima, posebno u tako dugim vremenskim periodima, skupo je i opasno.
Jedan od alata koji istraživači koriste su vozila na daljinsko upravljanje ili ROV. U osnovi, postoji kabl između vozila i operatera koji omogućava operateru da komanduje i pomera vozilo, a vozilo može da prenosi podatke u realnom vremenu. ROV tehnologija je mnogo napredovala da bi mogla da dopre do dubokog okeana – do dubine od 6.000 metara (19.685 stopa). Takođe je u mogućnosti da obezbedi mobilnost neophodnu za posmatranje morskog dna i prikupljanje podataka.
Autonomna podvodna vozila pružaju još jednu priliku za podvodno istraživanje. Obično nisu vezani za brod. Obično su programirani unapred da obave određenu misiju. I dok su pod vodom obično nemaju stalnu komunikaciju. U nekom intervalu, oni isplivaju na površinu, prenose celu količinu podataka koju su prikupili, menjaju bateriju ili se pune i dobijaju obnovljena uputstva pre nego što se ponovo potapaju i nastave svoju misiju.
Podmornice sa posadom će biti uzbudljive za javnost i one koji su uključeni i od pomoći za povećane sposobnosti koje ljudi donose u radnim instrumentima i donošenju odluka, slično kao u istraživanju svemira sa posadom. Međutim, biće mnogo skuplje u poređenju sa istraživanjima bez posade zbog potrebne veličine platformi i potrebe za sistemima za održavanje života i sigurnosnim sistemima. Podmornice sa posadom danas koštaju desetine hiljada dolara dnevno za rad. Vozila na daljinsko upravljanje mogu da rade ispod antarktičkog leda i drugih opasnih mesta.
Upotreba bespilotnih sistema pružiće bolje mogućnosti za istraživanje uz manje troškove i rizik u radu na ogromnim područjima i na negostoljubivim lokacijama. Korišćenje daljinski upravljanih i autonomnih podvodnih vozila daje operaterima mogućnost da obavljaju zadatke koji su opasni za ljude, poput posmatranja ispod leda i otkrivanja podvodnih mina.
Tehnologija je dramatično napredovala poslednjih godina zbog napretka u senzorima i računarstvu. Ostvaren je veliki napredak u minijaturizaciji akustičnih senzora i sonara za upotrebu pod vodom. Računari su takođe postali minijaturizovaniji, sposobniji i energetski efikasniji. Bilo je dosta posla na tehnologiji baterija i konektorima koji su vodonepropusni. Aditivna proizvodnja i 3D štampa takođe pomažu u izgradnji trupa i komponenti koje mogu da izdrže visoke pritiske na dubini uz mnogo niže troškove.
Takođe je postignut veliki napredak ka povećanju autonomije korišćenjem naprednijih algoritama, pored tradicionalnih metoda za navigaciju, lokalizaciju i detekciju. Na primer, algoritmi mašinskog učenja mogu pomoći vozilu da otkrije i klasifikuje objekte, bilo da su nepokretni poput cevovoda ili mobilni poput jata riba.
Jedan primer su podvodne jedrilice. Ovo su autonomna podvodna vozila na pogon plovnosti. Mogu da ostanu u vodi mesecima. Oni mogu da prikupljaju podatke o pritisku, temperaturi i salinitetu dok idu gore-dole u vodi. Sve ovo je od velike pomoći istraživačima da razumeju promene koje se dešavaju u okeanima.
Jedna od ovih platformi je putovala preko severnog Atlantskog okeana od obale Masačusetsa do Irske skoro godinu dana 2016. i 2017. Količina podataka koja je uhvaćena u tom vremenskom periodu bila je bez presedana. Da to kažem u perspektivi, takvo vozilo košta oko 200.000 dolara. Operateri su bili udaljeni. Svakih osam sati jedrilica je izlazila na površinu, povezivala se sa GPS-om i rekla: „Hej, ovde sam“, a posada joj je u suštini dala plan za sledeću deonicu misije. Ako bi brod sa posadom bio poslan da prikuplja toliku količinu podataka toliko dugo, to bi koštalo milione.
Istraživači su 2019. koristili autonomno podvodno vozilo za prikupljanje neprocenjivih podataka o morskom dnu ispod glečera Thvaites na Antarktiku. Autorovo istraživanje uključuje projekat koji omogućava autonomnim podvodnim vozilima da pune svoje baterije bez ljudske intervencije.
Energetske kompanije takođe koriste daljinski upravljana i autonomna podvodna vozila za inspekciju i praćenje obnovljive energije na moru i infrastrukture nafte i gasa na morskom dnu.
Podvodni sistemi su platforme koje se sporo kreću, i ako istraživači mogu da ih rasporede u velikom broju, to bi im dalo prednost za pokrivanje velikih površina okeana. Veliki napor se ulaže u koordinaciju i autonomiju orijentisanu na flotu ovih platformi, kao i na unapređenje prikupljanja podataka pomoću senzora na brodu kao što su kamere, sonari i senzori rastvorenog kiseonika. Drugi aspekt unapređenja autonomije vozila je donošenje odluka pod vodom u realnom vremenu i analiza podataka.
Tim naučnika se fokusira na razvoj algoritama za navigaciju i planiranje misija za uporne operacije, što znači dugoročne misije sa minimalnim ljudskim nadzorom. Cilj je odgovoriti na dva glavna ograničenja u primeni autonomnih sistema. Jedan je trajanje baterije. Druga su nepoznate situacije.
Za trajanje baterije rade na punjenju na moru, kako pod vodom, tako i na površini. Razvijaju alate za autonomno raspoređivanje, oporavak, punjenje i prenos podataka za duže misije na moru. Za nepoznate situacije rade na prepoznavanju i izbegavanju prepreka i prilagođavanju različitim okeanskim strujama—u suštini omogućavajući vozilu da se samostalno kreće u teškim uslovima.
Da bi se prilagodili promenljivoj dinamici i kvarovima komponenti, naučnici rade na metodologijama koje će pomoći vozilu da otkrije promenu i nadoknadi da bi moglo da nastavi i završi misiju.
Ovi napori će omogućiti dugoročne studije okeana, uključujući posmatranje uslova životne sredine i mapiranje neistraženih područja.
