Środowisko wodne to trudno dostępny dla człowieka rejon. W jego badaniu mogą jednak wspomóc nas m.in. pływające drony. Konstruowaniem takowych od lat zajmuje się Koło Naukowe Robocik.
Choć KN Robocik istnieje już ponad 20 lat, znaczący rozwój zanotowało dopiero w ostatnich latach za sprawą skupiającego się na środowisku podwodnym projektu PWr Diving Crew. To właśnie odejście od schematycznych robotów typu line flower czy mini mouse i odnalezienie własnej niszy umożliwiło przekształcenie organizacji w jedno z kół strategicznych Politechniki Wrocławskiej. Dziś zrzesza około 60 członków, kształcących się na największych uczelniach we Wrocławiu.
Poznać podwodny świat
Pojazdy typu ROV (ang. Remotely Operated Vehicle) są zdalnie sterowanymi jednostkami pływającymi, mogącymi wykonywać pod powierzchnią wody specyficzne prace. Obecnie Robocik pracuje też nad dronami AUV (ang. Autonomous Underwater Vehicle), czyli autonomiczną odmianą ROV-ów. Funkcjonowanie w środowisku wodnym bez interakcji człowieka jest możliwe dzięki zestawowi różnorodnych sensorów.
Podwodny dron z manipulatorem
Wciąż intensywnie rozwijana jest czwarta generacja ROV 4.0, będąca również bazą dla usprawnionej wersji Nemo. Moduł napędowy składa się z ośmiu silników BLDC T200. Po cztery jednostki ułożono w pionowej oraz poziomej płaszczyźnie ruchu, a za sterowanie nimi odpowiada regulator PID. Dzięki większej liczbie silników możliwa jest płynna regulacja zarówno głębokości jak i orientacji łodzi. Sztuczna inteligencja pozwoliła natomiast opracować aktywny system pozycjonowania.
Pojazd wyposażony jest także w trójprzegubowy manipulator oraz sterujący jego pracą system wizyjny, dostarczający dane dla algorytmów sztucznej inteligencji. System wizyjny składa się z trzech kamer szerokokątnych – jedna z przodu, druga skierowana w stronę dna, trzecia natomiast na końcówce manipulatora.
Wykorzystanie silnika graficznego Unity do uczenia robota jest najbardziej innowacyjną cechą projektu. Ze względu na ograniczone możliwości testowe, zespół opracował wirtualne środowisko symulacyjne, które zostało docenione na zawodach robotów w San Diego dodatkowym wyróżnieniem. W przegubach manipulatora znajdują się silniki prądu stałego oraz enkodery absolutne, zapewniające dokładne ustawienie orientacji. Efektor wyposażono w umożliwiający obrót o 360 stopni serwomechanizm.
Oczy robota
Łódź korzysta też z wielu pomniejszych czujników. Należą do nich czujniki ruchu, hydrofony, wykrywacze wilgoci, sonary oraz cyfrowy czujnik głębokości. Dzięki czujnikom ruchu możliwe jest regulowanie położenia oraz parametrów ruchu pojazdu. Hydrofony wspierają urządzenie w pracach podwodnych związanych z lokalizacją obiektów, a czujniki wilgoci stanowią dodatkowe zabezpieczenie.
Pomimo szerokiej gamy uszczelnień ważna jest szybka lokalizacja jakiegokolwiek niepożądanego przecieku – woda stanowi dla elektroniki największe zagrożenie. Również sonary wpływają na bezpieczeństwo, umożliwiając uniknięcie zderzeń np. z położonymi na dnie przeszkodami. Niezawodność konstrukcji jest kluczowa zwłaszcza w przypadku profesjonalnych dronów, zajmujących się np. badaniem dna morskiego. Koszt ich konstrukcji często przekracza bowiem 6 milionów dolarów.
Serca robota
Z sensorami pracują też dwa komputery. Podstawowa jednostka to Nvidia AGX Xavier. Główna platforma obliczeniowa ma wydajność rzędu 32 TOPs, co w pełni wystarcza do uruchomienia rozbudowanych struktur oprogramowania. Rolę komputera pomocniczego pełni Raspberry Pi 3. Wspiera on komunikację między modułami oraz pełni funkcję huba komunikacyjnego podczas zdalnego sterowania pojazdem. Dodatkowym wsparciem jest mikrokontroler STM32F1 NUCLEO, który kontroluje dedykowane peryferia i odciąża pozostałe układy. Oprogramowanie cechuje z kolei modularna konstrukcja, co umożliwia jego łatwą rozbudowę oraz modyfikację.
Marzenia zawieszone przez pandemię
Do tej pory dwie ostatnie generacje ROV-a rywalizowały na prestiżowych imprezach RoboSub czy ERL. W 2018 roku podczas debiutu, łódź ROV 3.0 zdobyła 21 miejsce z wynikiem 750 punktów i otrzymała nagrodę za najlepsze środowisko symulacyjne. W edycji 2019 przy udziale dwukrotnie większej liczby drużyn udało się zdobyć 1990 punktów, ocierając się o udział w ścisłym finale (do którego zabrakło zaledwie 10 punktów).
W 2020 roku ROV 4.0 miał natomiast zaprezentować się w trakcie odwołanego przez pandemię, singapurskiego SAUVC. Trwająca obecnie pandemia mocno wpłynęła na plany koła, które obecnie skupia się głównie na organizacji szkoleń oraz udziale w wydarzeniach organizowanych zdalnie.
Rozwijane przez zespół projekty mogą pomóc w dbaniu o odpowiedni stan wód, przyspieszyć przeciwdziałanie zagrażającym środowisku awariom oraz wspomóc procesy oczyszczania go.
Woda, również na głębokościach trudno dostępnych dla ludzi, stanowi przede wszystkim wciąż słabo jeszcze poznane środowisko życia wielu organizmów. Autonomiczne pojazdy są zatem cennym narzędziem jego poznawania.
