Томские ученые создают подводных роботов нового поколения

Статей на сайте: 4

Работы кипят в Инженерной школе информационных технологий и робототехники ТПУ. Если конкретнее – в Научно-исследовательской лаборатории телекоммуникаций, приборостроения и морской геологии под руководством Юрия Чурсина. Вся необходимая инфраструктура для разработки покоряющих глубины роботов в университете имеется.

В авангарде

Само по себе направление для Томского политехнического не ноу-хау. Подготовкой специалистов будущего, готовых решать самые амбициозные и насущные задачи, вуз занимается более 50 лет. Еще в 1961 году в институте появился факультет автоматики и вычислительной техники. Промышленность СССР активно развивалась и настоятельно требовала внедрения на самых различных уровнях вычислительных устройств и автоматики. А значит, требовались квалифицированные специалисты по автоматике, электрическим измерениям и смежным дисциплинам – электронике, радиотехнике. Из стен томского вуза стали выходить первые специалисты.

Со временем факультет был преобразован в Инженерную школу информационных технологий и робототехники. А жизнь поставила перед учеными новые задачи. Сегодня в стране и во всем мире назрела острая потребность освоения недр океана, что невозможно без использования автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) большой автономности и радиуса действия. Для этого необходимы новые технические решения по обеспечению передачи данных, мониторинга подводной обстановки и оптимизации управления как отдельными аппаратами, так и их группой, а также разработка современных бортовых информационно-измерительных и навигационных комплексов. Томский политехнический университет, который всегда был в авангарде новых веяний, взялся за мощный проект «Разработка системы группового управления для автономных подводных роботов». Для его реализации в 2014 году была создана Научно-исследовательская лаборатория телекоммуникаций, приборостроения и морской геологии.

В своей работе специалисты школы не одиноки. К проблемам робототехники и управления распределенными объектами обращаются многие российские ученые. ТПУ прочно занял собственную нишу – политехники плотно занимаются системами управления объектами с нестационарными параметрами.

Что касается текущего проекта, то стратегическим партнером томичей стал Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН. Этот институт – признанный в стране лидер в разработке АНПА. У него 40-летний опыт создания подводных роботов, активно применяемых в России и за рубежом.

В августе команда ТПУ заняла второе место в чемпионате России по морской робототехнике «Аквароботех-2018». 22 команды военных флотов страны, силовых ведомств, научных центров, предприятий-разработчиков подвод­ной техники состязались в управлении морскими беспилотниками. Среди заданий – прибытие в подводном положении в заданную точку и всплытие, движение аппарата по заданной траектории, поиск подводных объектов. Жюри особо отметило собранность томской команды, четкое соблюдение времени и отсутствие нештатных ситуаций.

Весь смак – в начинке

Автономные необитаемые подводные аппараты разных мастей внешне не сильно отличаются разнообразием. Они напоминают торпеду или подводную лодку, перемещающуюся с целью сбора информации о рельефе дна, о строении верхнего слоя осадков, а также о наличии на дне предметов или препятствий. Питание аппарата осуществляется от аккумуляторов или другого типа батарей. А вот чем действительно могут отличаться различные роботы, так это начинкой – электроникой. Именно от нее и от заданных алгоритмов зависит то, какие функции будет выполнять аппарат.

Подводный робот, над усовершенствованием которого работает сегодня группа ученых-политехников, – совместное с дальневосточным институтом детище.

Создание подводных роботов нового поколения – дело рук и интеллекта руководителя проекта Юрия Чурсина, программистов Инженерной школы информационных технологий и робототехники Руслана Нурмухаметова и Всеволода Павличева, магистрантов Максима Панкратова и Андрея Насонова.

– Если бы речь шла об аппарате, предназначенном для погружения на небольшие глубины, мы в Томске могли бы справиться своими силами. Материально-техническая база позволяет, – отмечает Юрий Чурсин, руководитель Научно-исследовательской лаборатории телекоммуникаций, приборостроения и морской геологии. – Другое дело, когда речь идет о глубинах более 100 метров, где огромное давление. При разработке корпусов подвод­ных роботов, работающих в таких условиях, требуются специальные конструкции, материалы, сплавы. Например, отсеки должны быть особой формы, чтобы аппарат не расплющило высоким давлением. Для той же цели внутри корпуса помещаются трубки, заполненные маслом. Оно не сжимается, не вытекает и не замерзает в отличие от других жидкостей. Для нашего аппарата потребовалось почти три литра масла. У специалистов Владивостока все технологии отработаны, созданием корпусов подводных аппаратов они занимаются более 30 лет.

Внешне томский робот выглядит как торпеда длиной три метра и весом 300 кг. Он может погружаться на глубины до 500 метров. Корпус выполнен в желтом цвете. Это универсальный цвет для автономных необитаемых аппаратов – он хорошо виден в толще воды. Робот используется как носитель новых устройств и технологий, разрабатываемых сотрудниками томской лаборатории. Таким образом, ученые ТПУ отвечают за самую кропотливую и интеллектуальную часть работы по созданию подводного аппарата – его начинку.

…И на севере был

В 2016 году томский робот уже показал себя в деле. Он отправился в полярную командировку для изучения деградации арктических шельфов. Аппарат вел видео­съемку выбросов метана и углекислого газа, происходящих из-за таяния подводной мерзлоты на шельфе Восточно-Сибирского моря. Затем команда Юрия Чурсина пошла дальше и переключилась на возможность использования подводных аппаратов для разведки полезных ископаемых на глубине. Обычно процесс выглядит так: по морю идет корабль с источником акустического сигнала, за ним тянутся несколько многокилометровых кос с сейсмодатчиками. Они ловят отраженный от поверхности сигнал, и специальный математический аппарат вычисляет, где залегают нефть или газ.

– Имеется один нюанс: отлаженная система функционирует только на открытой спокойной воде. В случае качки или появления льда на поверхности она перестает работать, – замечает Юрий Чурсин. – Есть мысль создать группу из подводных аппаратов с установленными на них сейсмодатчиками. Двигаясь на определенной глубине, они будут считывать информацию о залегании полезных ископаемых, как и надводные. Но процесс будет проходить быстрее, в любую погоду и стоить дешевле. Есть обязательное условие – роботы должны постоянно двигаться на одном и том же расстоянии друг от друга и только синхронно. Здесь возникает задача группового управления, чем сейчас и занимается наша лаборатория.

На опытном экземпляре ученые разрабатывают комплекс, позволяющий подводным аппаратам позиционироваться другу относительно друга и относительно мировой поверхности. Созданная автономная система навигации, работающая без подключения к GPS и ГЛОНАСС, позволит решить еще одну актуальную проблему. Современные роботы со спутниковыми системами навигации не могут работать на глубинах более 10 метров – теряют сигнал.

– Особенность нашей разработки – использование дешевых микроэлектромеханических сенсоров и передовых математических алгоритмов. Они повысят ее точность и обеспечат достаточное время автономности навигации, – комментирует исследователь Инженерной школы информационных технологий и робототехники ТПУ Руслан Нурмухаметов. – Кроме того, это серьезно снизит стоимость конечного продукта, потому что микроэлектромеханические сенсоры намного дешевле материалов, используемых сегодня для подводной навигации.

Навигационная система томского производства может быть использована в самых разных автономных необитаемых подвод­ных аппаратах и решать самый широкий круг задач – от исследования морских недр до поисково-спасательных операций.

 

Автор: Екатерина Журавлева
Фото: Вероника Белецкая

RSS статьи.  Cсылка на статью: 

Вы можете пропустить до конца и оставить ответ. Pinging в настоящее время не допускается.

Модератор сайта оставляет за собой право удалять высказывания, нарушающие правила корректного общения и ведения дискуссий..

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

+ 33 = 42