Первый юбилей

Эра роботов

Кирилл Рождественский, заслуженный деятель науки РФ, профессор Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Морская робототехника стала неотъемлемой частью судостроительной промышленности и одним из ее приоритетных направлений. Эффективное использование роботов позволяет не только обеспечивать безопасность морских коммуникаций надводного и подводного флота, но и проводить полноценное исследование морского дна, разведку подводных полезных ископаемых и многое другое

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет совместно с Научно-техническим обществом судостроителей имени академика А.Н. Крылова в Санкт-Петербурге провели конференцию «Морская робототехника в освоении океана», MarineRobotics-2017, главным спонсором которой стала ОСК.

Приветствуя участников конференции от имени корпорации, главный эксперт отдела развития поставщиков и координации ОКР Юрий Быков напомнил, что решением Военно-промышленной комиссии сформирована межведомственная рабочая группа по развитию робототехники. И добавил, что корпорация активно работает в этом направлении: развивает нормативную базу, положения, руководства, ведет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.

 Член коллегии Военно-промышленной комиссии Олег Мартьянов отметил, что первая конференция, посвященная морской робототехнике, не случайно проводится в Северо-Западном регионе России. Он отметил, что в 2015 году по указу Президента России сформирован Национальный центр робототехники. Мартьянов подробно остановился на основных направлениях развития этого инновационного направления, уделив особое внимание вопросам организации молодежных соревнований и олимпиад в этой области, где технические требования промышленных заказчиков и достижения разработчиков должны быть представлены в равной степени. В настоящее время по поручению правительства с участием ОСК формируется оргкомитет соревнований с участием студенческих команд, занимающихся разработкой телеуправляемых и автономных необитаемых подвод­ных аппаратов и безэкипажных катеров, которые пройдут на Дальнем Востоке.

По мнению руководителя робототехнического центра «Сколково» Альберта Ефимова, хороший конкурс создает инвестиций больше, чем требует на свое проведение. Конкретный пример хорошо организованного «брендированного» технологического конкурса малых подводных лодок, движимых мускульной энергией (Human-Powered Submarine Races), обсуждался в докладе Уильяма Мегилла из Рейн-Ваальского университета прикладных наук.

В докладе Вячеслава Пшихопова из НИИ робототехники и процессов управления Южного федерального университета говорилось об управлении индивидуальными и групповыми движениями аппаратов. Увеличение скорости принятия решений при использовании искусственного интеллекта влечет за собой повышение эффективности применения средств робототехники при выполнении разведки, освещения обстановки, создания помех, противодиверсионной борьбы и т.д. Было отмечено повышение качества функционирования в предварительно картографированной среде и трудности исполнения миссий в отсутствие карты в условиях стационарных и динамических препятствий. Докладчик очертил перспективы применения групп морских роботизированных комплексов при проведении сейсморазведки, поисково-спасательных работ, патрулирования и мониторинга акваторий, интегрирования морской робототехники и беспилотников с традиционными системами, а также необходимость совершенствования средств навигации, систем технического зрения, энергетики и бортовых вычислителей.

Директор Центрального научно-исследовательского института робототехники и технической кибернетики Александр Лопота посвятил свой доклад перспективам развития морской робототехники и выделил основные области применения морских роботов: охрана морских пространств, мониторинг водной среды, экономическое освоение шельфа, геологоразведка, обслуживание подводных сооружений и аварийно-спасательные операции. Одна из главных задач отрасли – снижение рисков и повышение безопасности персонала при авариях на морских добычных платформах, для чего необходимо создание роботизированных спасательных средств морского базирования. Сегодня появляются новые концепты глайдеров и гидробионических конструкций, обладающих сверхбольшой дальностью и автономностью, а также совершенствуются биороботы, имитирующие движение морских животных и природные механизмы обеспечения баланса плавучести. Просматривается тенденция к формированию гибридных групп подводных роботов различного базирования, а также к созданию единого информационного пространства путем интеграции подводных, надводных и воздушных робототехнических средств. В продолжение темы профессор Института автоматизации Ростокского университета Йенш Торстен рассказал о германском проекте «SMIS: Подводный мониторинг посредством интеллектуальных группировок», который ориентирован на разработку системы эффективного изучения больших водных пространств с помощью технологии «интеллектуального роя», объединившей в единую робототехническую систему два автономных необи­таемых подводных аппарата: донную станцию и беспилотный воздушный аппарат. Уникальная черта флота SMIS – его применимость как интеллектуальной группы в обширных районах с глубинами до 6000 метров. Задача реализована с применением новых алгоритмов группового управления и передовых систем связи между агентами системы и подводной донной станцией или пультом управления, размещенным на исследовательском судне. Теоретические и прикладные аспекты группового использования робототехнических средств обсуждались также и в других докладах.

Директор немецкой компании EvoLogics Константин Кебкал рассказал о применении гидробионических принципов для осуществления движения и маневрирования автономного подводного робота «Манта Рэй», предназначенного для автоматизированного мониторинга, инспекции и информационной поддержки из-под воды, а также продемонстрировал элементы группового управления идентичными роботами такого типа. «Манта Рэй» имеет водозаполненный корпус. В его состав также входят компенсированные по давлению изолированные или залитые силиконоподобной жидкостью модули. Аппарат использует тягу, создаваемую посредством управляемой деформации и маховых движений гидробионического скатоподобного корпуса. «Манта Рэй» оснащен двумя двигателями, управляющими движением крыльевой системы и двумя сервомеханизмами для реализации поворотов. Управление отдельным «скатом» или целой группой роботов осуществляется по акустическому каналу посредством автономного надводного аппарата катамаранной конструкции Sonobot.

Хороший конкурс создает инвестиций больше, чем требует на свое проведение

Почти все российские шельфовые месторождения находятся на акваториях замерзающих морей. Это увеличивает объем капиталовложений, эксплуатационные расходы и оставляет ограниченный период времени, в течение которого можно выполнить регламентные работы по ремонту и восстановлению оборудования. Своим видением применения автономных необитаемых подводных аппаратов на шельфе Охотского и арктических морей поделились представители компании «Газпром-добыча-шельф Южно-Сахалинск» Тамаз Барамидзе и Александр Маликов. Как сообщили авторы доклада, для Киринского газоконденсатного месторождения лед может стоять на акватории с ноября по июнь. Поэтому следует заранее продиагностировать оборудование, провести регламентные работы, обследовать акваторию дна и убрать мусор. Объем работ, выполняемых с борта телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов, чрезвычайно велик. Это и съемка дна, и сейсмопрофилирование, и очистка поверхности оборудования после обрастания, и сварка, и резка, и ремонт. При этом авторы доклада отметили ряд существенных, по их мнению, недостатков телеуправляемых аппаратов. Основной в том, что их применение возможно лишь со специальных судов, стоимость аренды которых достигает 80% стоимости проводимых работ. Запуск аппарата с берега невозможен, а на удалении возникают проблемы, связанные с недостаточной длиной кабеля. Это мешает осуществлять визуальный контроль за действиями и пространственным положением аппарата, а также не позволяет увеличить его энергопотребление и пропускную способность по передаче данных. При этом для обеспечения безопасности аппарат должен работать внутри защитных конструкций. Наличие кабеля становится очевидным недостатком, особенно в случае мелководья и при наличии течений. Как считают авторы доклада, в таких условиях целесообразно применять автономные необитаемые подводные аппараты, которые могут успешно решать множество задач, в течение длительного времени и по срочному запросу осуществлять визуальное обследование, выявлять дефекты и неисправности, что особенно важно на шельфе Охотского моря, где могут происходить разрушительные землетрясения. Аппараты в этом случае могли бы заменять оборудование, оценивать повреждения и прогнозировать риски. Еще один аргумент в пользу применения автономных аппаратов связан с развитием роботизированных средств поражения и необходимостью предотвращения угрозы диверсионных действий.

Для осуществления механических операций и выполнения экологического мониторинга на акватории автономные аппараты должны быть приспособлены для запуска из транспортного контейнера с берега в ледовых условиях и из-подо льда. Чтобы обеспечивать автоматическое планирование миссий и самостоятельно проводить диагностику своих систем, им также необходимо обладать «интеллектом», возможностью высокоскоростной связи на дистанции не менее 30 км и автономностью не менее, чем на три – пять суток работы.

Заведующий лабораторией подводной видеотехники Института океанологии РАН Борис Розман рассказал о новой линейке малогабаритных телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов ГНОМ (глубоководный необитаемый осмотровый микроробот). Новый импульс спроса на эти легкие и легчайшие аппараты связан с появлением миниатюрного навесного оборудования, в частности, многолучевых сонаров, гамма-спектрометров, современных оптических датчиков, применением тонких коаксиальных кабелей, расширением функциональности, например, за счет комбинирования с надводными беспилотными средствами. Топовая модель линейки оснащена тремя мощными трастерами и является самой мощной в классе малогабаритных телеуправляемых аппаратов при рабочих глубинах до 300 метров и скоростях продольного, вертикального и бокового движения от двух до четырех узлов.

В ряде докладов, сделанных на конференции, иллюстрировались возможности применения морских роботов для осмотра и диагностики судов, морских сооружений, подводных трубопроводов и добычного оборудования. Это, в частности, относится к презентации заведующего кафедрой «Подводные роботы и аппараты» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана Вадима Вельтищева, посвященной вопросам управления гибридным движительным комплексом необитаемого подводного аппарата для инспекции корпуса судна на плаву. При выполнении этой работы исследовательская группа руководствовалась нормативными документами Российского морского регистра судоходства, касающимися осмотра и технической диагностики судов – проведения толщинометрии, оценки степени износа корпуса и выявления трещин. Применяемый при этом специально созданный в МГТУ им. Н.Э. Баумана осмотровый робот, оснащенный четырьмя колесными движителями и восемью гребными винтами, способен передвигаться по подводной части корпуса.

В круге тем, обсуждаемых на конференции, также нашли отражение актуальные вопросы применения современных робототехнических средств при проведении спасательных операций. Большой интерес вызвали доклады легендарного российского водолазного специалиста из Морской спасательной службы Росморречфлота Андрея Звягинцева, председателя Ассоциации развития поисково-спасательной техники и технологий Виктора Илюхина, а также Дмитрия Вавилова, Виталия Ханычева и Станислава Чуя, представлявших концерн «Моринформсистема-Агат».

Примером продвижения научно-образовательных аспектов морской робототехники стал доклад Центра автоматики и робототехники Мадридского политехнического университета, представленный профессором Клаудио Росси. Он рассказал о роботе-трансформере РЕМО, способном перемещаться как телеуправляемый необитаемый подводный аппарат с помощью гребных винтов и при необходимости превращаться в подвижного робота-гуманоида. Кроме того, он представил сферический автономный необитаемый подводный аппарат UX-1, созданный для исследования распространенных в Европе затопленных шахт (проект UNEXMIN с участием Технического университета, г. Тампере). UX-1, оснащенный гребными движителями, системой изменения плавучести, светодиодными световыми приборами и сонарами, имеет диаметр 0,6 м и может работать на глубине до 200 м.

Предварительный анализ материалов международной конференции MarineRobotics-2017 показал, что развитие морской робототехники в России имеет позитивный вектор и обнаруживает те же тенденции, что и в других технически высокоразвитых странах: применение новых эффективных групповых технологий управления робототехническими средствами, интеграция аппаратов подводного, надводного и воздушного применения в единую информационную робототехническую систему, расширение функциональности, комплексирование с современными сенсорными системами и навесными устройствами, интеллектуализация и применение методов и средств искусственного интеллекта при стремительном развитии средств связи в неоднородных средах. Как было отмечено в ряде докладов, в частности, прочитанном представителем научно-производственной компании «Океанос» Владиславом Заниным, возможности повышения результативности отечественных разработок связаны с применением принципов модульности и многофункциональности, что позволит в сжатые сроки создать широкий спектр доступных по цене и конкурентоспособных средств морской робототехники для отечественных и зарубежных пользователей.