Підводна робототехніка

Підводна робототехніка, як і робототехніка взагалі, — це наука і практика проєктування, виробництва і, в такому випадку, застосування роботів в підводному середовищі.

Що таке підводний робот?

Підводними роботами заведено називати:

• телекеровані незаселені підводні апарати (ТНПА);
• автономні незаселені підводні апарати (АНПА);
• глайдери (підводний планер);
• дрейфуючі буї-вимірювачі (наприклад, Арго);
• комплекси, що буксуються або розміщуються на дні.

Уже наприкінці 1970-х рр., у поняття «підводний робот» вкладалося щось відмінне від понять «машина», «механізм», «автоматична система». Тоді вважалося, що: «Підводний робот — це кібернетичний комплексний пристрій, що має внутрішню пам'ять і самостійно орієнтується в навколишньому середовищі». Згідно з сучасними визначеннями робот повинен мати певну рухливість та ступінь (рівень) автономності. З експлуатованих зараз виробів, найбільш автономними, тобто здатними виконувати завдання за призначенням на основі поточного стану і сприйняття навколишнього середовища без втручання людини, є дрейфуючі буї-вимірювачі. ТНПА найменш автономні й керуються операторами в реальному часі за допомогою телекерування. АНПА пересуваються під своїм власним керуванням, відповідно до програми-завдання, підготовленої заздалегідь, але з постійним контролем операторами позиції, параметрів руху і режиму роботи корисного навантаження. Оператор може втрутитися в хід виконання програми-завдання, давати команди за допомогою бездротової технології, найчастіше, гідроакустичної.

Підводні роботи інколи відносять до мобільних, проте серед діючих міжнародних і розроблювальних російських стандартів (на листопад 2019), що стосуються мобільних роботів, підводні не згадуються. Залежно від завдання, призначення і складу корисного навантаження підводний робот може вести зйомку або маніпуляції: обстеження підводних трубопроводів (Autonomous Pipeline Inspection), знищення морських мін (Single Sortie Detect-to-Engage), будівництво і технічне обслуговування (IMR services, Intervention) в морському нафтогазовидобуванню.

Класифікація

Підводними роботами часто називають незаселені підводні апарати, які мають вже сформовану класифікацію, як в російському технічному регулюванні, в деяких інших державах, наприклад, Норвегії, так і в міжнародній практиці.

Класифікація роботів по ГОСТ Р 60.0.0.2-2016, зачіпає тільки наземні пристрої і містить примітку про те, що: «Класифікація роботів космічного, повітряного, надводного і підводного застосування, а також детальні класифікації окремих видів наземних роботів повинні бути визначені в інших стандартах».

21 березня 2017 року в ГНЦ РФ ЦНДІ РТК відбулася нарада, присвячена стандартизації морських робототехнічних комплексів і їх елементів, але до 2020 р. стандартів, що стосуються підводних роботів не було введено. У структурі технічного комітету зі стандартизації «Робототехніка» існує Підкомітет «Морські робототехнічні комплекси», який очолює ЦКБ МТ «Рубін». До 20.09.2019 р. велося обговорення проєкту стандарту ГОСТ Р 60.7.0.1-20ХХ "Морські робототехнічні комплекси. Класифікація ".

Морські робототехнічні комплекси по виду продукції в процесі стандартизації співвідносяться з ОКПД2 28.99.39.190 — Обладнання спеціального призначення, що не належить до інших угруповань.

Провідні організації

Протягом декількох десятиліть підводними роботами займаються в Вашингтонському, Саутгемптонському, Бергенському університетах, Університеті Херіота-Уатта, Массачусетському технологічному інституті і багатьох інших. У Росії певних успіхів на тему домоглися: ФГБУ "ІПМТ ДВО РАН", Інститут океанології імені П. П. Ширшова РАН, МГТУ ім. Баумана, ЦКБ МТ «Рубін» та інші.

Підводна робототехніка й освіта

Освітня підводна робототехніка

З початку 2000-х робототехніка і підводна робототехніка зокрема, набули широкої популярності як освітня технологія, що дозволяє навчати школярів і студентів з різних технічних напрямків (програмування, схемотехніка, конструювання) і дисциплін (гідроакустика, прилади, навігація, обробка сигналів, комп'ютерний зір, маніпулятори та ін.).

Змагання з підводної робототехніки

Технологічні конкурси з підводної робототехніки організовуються як з метою пошуку нових технічних рішень, наприклад, Shell Ocean Discovery XPRIZE або AUV Fest, де можуть брати участь і студенти, так і з переважно освітньою метою для студентів і школярів.

Змагання з підводної робототехніки серед школярів і студентів

Назва змагання	рівень	рік початку	Країна проведення	Тип роботів	вік учасників	основний організатор
Robosub	Міжнародний	1998	США (Сан-Дієго)	АНПА	Старші школярі, студенти, аспіранти	Robonation
MATE ROV	Міжнародний	2002	США (іноді Канада). має мережу регіональних етапів	ТНПА	Школярі, студенти	MATE Center
SAUC-E	Міжнародний	2006	Європа	АНПА	Студенти, аспіранти	NEST
SAUVC	Міжнародний	2013	Сінгапур	АНПА	Школярі, студенти, аспіранти	IEEE OES Singapore
SeaPerch Challenge	Міжнародний		США	ТНПА	молодші школярі	Robonation
MATE Russia-Far East ROV Competition	Всеросійський	2015	Росія (Владивосток)	ТНПА	Школярі, студенти	центр розвитку робототехніки
ВРО Інтелектуальні АНПА	Всеросійський	2016	Росія (Іннополіс)	АНПА	Школярі 8-11 класів	Центр робототехніки, університет Іннополіс
Олімпіаді НТІ Водні робототехнічні комплекси	Всеросійський	2017	Росія (Владивосток)	АНПА	Школярі 8-11 класів	Центр робототехніки , ДВФУ
Аквароботех	Всеросійський	2018	Росія (Владивосток)	АНПА, ТНПА	Студенти, аспіранти, фахівці	ФПІ, ДВФУ, МДУ ім. адм. Г. І. Невельського
Занурення в підводну робототехніку	Всеросійський	2018	Росія (Владивосток)	ТНПА	Школярі 1-4 класів	Центр розвитку робототехніки
Кубок Росії по телекерованим підводним апаратам	Всеросійський	2018	Росія (Астрахань)	ТНПА	Школярі, студенти, фахівці	Астраханське регіональне відділення ФСС Росії
ІНТЕР	Всеросійський	2019	Росія (Тула, Анапа)	АНПА	Школярі, 8-11 класів	Фонд сприяння інноваціям, центр робототехніки

Набори і конструктори підводних роботів

Застосування підводної робототехніки в освіті стало можливим як шляхом цілеспрямованого розвитку тематичних програм (SeaPerch) і проєктів (OpenROV, MUR), так і завдяки розвитку компонентної бази, появі нових виробників і здешевленню традиційно дорогих комплектуючих для підводних роботів (рушії, камери, датчики, роз'єми, кабель-канати й ін.)

Література

• Подводные роботы / В. С. Ястребов, М. Б. Игнатьев, Ф. М. Кулаков и др. Под общ. ред. В. С. Ястребова. Л.: Судостроение, 1977. — 368 с.
• Робототехника в России: образовательный ландшафт. Часть 2 / Д. А. Гагарина, С. Г. Косарецкий, А. С. Гагарин, М. Е. Гошин; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Институт образования. — М.: НИУ ВШЭ, 2019. — 96 с. — 200 экз. — (Современная аналитика образования. No 6 (28)).
• Ляхов Д. Г. Современные задачи подводной робототехники // Подводные исследования и робототехника. — 2012. — № 1. — С. 15-23.
• Ageev, M.D., Kiselev, L.V., Shcherbatyuk, A.P.: Tasks for autonomous underwater robot. Fifth International Conference on Advanced Robotics, 1991. ‘Robots in Unstructured Environments’, 91 ICAR, pp. 1360—1364, vol. 2 (1991)
• Whitcomb L., Yoerger D.R., Singh H., Howland J. (2000) Advances in Underwater Robot Vehicles for Deep Ocean Exploration: Navigation, Control, and Survey Operations. In: Hollerbach J.M., Koditschek D.E. (eds) Robotics Research. Springer, London
• C. von Alt et al., "Hunting for mines with REMUS: a high performance, affordable, free swimming underwater robot, "MTS/IEEE Oceans 2001. An Ocean Odyssey. Conference Proceedings (IEEE Cat. No.01CH37295), Honolulu, HI, USA, 2001, pp. 117—122 vol.1. doi: 10.1109/OCEANS.2001.968686
• Bellingham, J. G., & Rajan, K. (2007). Robotics in Remote and Hostile Environments. Science, 318(5853), 1098–1102. doi:10.1126/science.1146230
• Siesjoe, J. (2018). An Underwater Robotics Platform for Hybrid AUV/ROV Systems. Offshore Technology Conference. doi:10.4043/28900-ms
• Zereik, Enrica & Bibuli, Marco & Miskovic, Nikola & Ridao, Pere & Pascoal, Antonio. (2018). Challenges and future trends in marine robotics. Annual Reviews in Control. 10.1016/j.arcontrol.2018.10.002.
• Furlong, Maaten & Marlow, R & McPhail, S & Munafo, Andrea & Pebody, Miles & Phillips, Alexander & Roper, Daniel & Salavasidis, Georgios. (2018). OCEANIDS: Building Next Generation Maritime Autonomous Systems. 10.24868/issn.2631-8741.2018.003.