Autonominis burlaivis: nepilotuojamai plaukiantis 7000 kilometrų prieš gamtos jėgas

"Darmštato technikos universiteto studentai nori sukurti tai, ko dar niekam nepavyko – turėti nepilotuojamą savaeigį burlaivį perplaukti Atlantą.

Microtransat Challenge“ – taip vadinasi konkursas ir kol kas jo pasiekimai nėra labai džiuginantys. 2000-ųjų pradžioje kompiuterių mokslininkas iš Aberystwyth universiteto Velse ir kolega iš Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace Tulūzoje sugalvojo naudoti valtis ir burlaivius iki 2,40 metrų ilgio. savarankiškai mokslo ir konkurencijos tikslais siųsti per vandenyną. Nuo to laiko varžėsi keletas komandų iš viso pasaulio, tačiau dauguma laivų toli nenuplaukė. Ankstesni bandymai visada baigdavosi vienodai: pasiklydę jūroje, išplauti į krantą, dingę, sustoję prie žvejų valties ar žvejybos tinklo. Atrodo, kad autonominis buriavimas yra dar sunkesnis, nei autonominis vairavimas.

Tai neatbaido Darmštato TU Buriavimo universiteto grupės studentų. Galbūt, kaip tik šis iššūkis juos ypač jaudina. Keletas iš jų šį vakarą yra „Makerspace“ – atvirose dirbtuvėse, kurias įkūrė piliečiai Darmštate. Ten jie reguliariai susitinka. Baltas prototipo korpusas, prie kurio komanda dirba jau aštuonerius metus, stovi ant estakadų. Vos 2,2 metro ilgio, o stiebas 3,5 metro virš vandens, valtis atrodo kaip riešuto kevalas didžiulio vandenyno akivaizdoje, o gamtos jėgos, su kuriomis jai tenka susidurti dviejų mėnesių mikrotransato kelionėje per Atlanto vandenyną į Florida. Tačiau TU studentai pasitiki savimi. „Kiek žinome, esame vienintelė vokiečių komanda, dirbanti su Microtransat laivu“, – sako Lucas Herfurth.

Kiekvienas komandos narys atsineša specialių žinių

„Technologijos mokosi buriuoti“ – toks jų šūkis. Posakis puikiai dera su technikos universitetu, o komandoje atstovaujamos visos disciplinos. Pavyzdžiui, Herfurthas studijuoja mechatroniką ir informacinių sistemų technologijas, o Benas-Jasperas Kettlitzas – matematiką. Jis taip pat studijuoja IT saugos magistro studijas – dalyką, kurį pasirinko ir Moritzas Dafelmaieris. Simonas Kohautas rašo informatikos mokslų daktaro disertaciją ir „realiame gyvenime“ niekada nebuvo įkėlęs kojos į burlaivį, kaip jis aiškina šypsodamasis.

Tik Lucas Herfurth žino, kaip elgtis su vairalazėmis, burėmis ir gervėmis. Tai labai padeda, bet kiekvienas iš dešimties–penkiolikos žmonių komandos turi savo specialių žinių, kurias įneša į laivo statybą. Pavyzdžiui, viena grupė rūpinasi borto elektronika, o kitos – robotika, mechanika ar programine įranga. Šie atskiri komponentai turi puikiai susirišti, kad vėliau valtis iš tikrųjų plaukiotų nepilotuojamai ir apsirūpintų energija, atlaikytų metrų aukščio bangas ir audras bei nesusidurtų su kliūtimi.

Prototipas vadinamas „roBooter“, o kiekvieną komponentą mokiniai kūrė, suprojektavo ir pastatė patys. Su tokiais ekstremaliais reikalavimais su jau paruoštais modelio konstrukcijos elementais toli nenueisi. „Viskas turi būti tvirta, atsparu vandeniui ir, svarbiausia, elastinga, o tai reiškia, kad ji turi sugebėti susireguliuoti arba susitaisyti“, – sako Herfurthas. „Avariniu atveju niekas negali įsikišti“, – pabrėžia Kettlitzas. Pavyzdžiui, saulės baterijos, skirtos borto elektronikos energijos tiekimui, yra specialiai sukurtos naudoti jūroje, kad sūrus vanduo nesusidarytų ant paviršiaus plutos, o tai sumažina elektros energijos gamybą.

Viskas laive skirta taupyti energiją. Jei baterijas reikia įkrauti, pagrindinę burę taip pat galima trumpam suvynioti, kad būtų užtikrinta optimali saulės spinduliuotė saulės elementams. Dvi burės – pagrindinė burė ir savaime užsifiksuojanti strėlė – gali būti reguliuojamos priklausomai nuo vėjo ir oro sąlygų bei prireikus rifuoti. Laivas greitas iki trijų mazgų. Mokiniai korpuso viduje sukonstravo specialią kamerą, kad lynai ant denio neužkliūtų traukiant ar per audrą.

Laivas sveria apie 250 kilogramų, didžiąją svorio dalį sudaro vadinamoji bomba ant kilio: metalinis svarelis, užtikrinantis, kad, esant smarkiam orui, laivas apvirs ir vėl atsidurs normalioje padėtyje. Studentai taip pat sukūrė du vairus, jei vienas užstrigtų. Naudodami žemės magnetinį lauką, magnetą ant stiebo ir specialią vėjarodę, jutikliai nustato valties padėtį ir taip pat, į kur šiuo metu pučia vėjas.

Neįmanoma įsikišti

Orų ar navigacijos duomenys, padėtis ir kurso nustatymas – visa ši informacija yra sujungta į mažą kompiuterį, esantį po deniu. Borto kompiuteris, energiją taupantis Raspberry Pi, susideda iš vienos plokštės procesoriaus, aiškina Dafelmaieris. Programinės įrangos komanda kuria dirbtinį intelektą, kuris kelis mėnesius bus naudojamas autonominiam laivui valdyti. Tai apima vidinį ryšio sistema laive, praneša Dafelmaier ir Kohaut. Jis, be kita ko, naudojamas orų duomenims gauti ir analizuoti. Informacija, kurią žmonės kitu atveju skaitytų ir interpretuotų, „ir kuri dabar turi būti išversta į kompiuterių kalbą“, – aiškina jie.

O kaip studentai žinotų, kur ir kokios būklės yra jų valtis Atlante? Laivas siunčia duomenis mobiliojo telefono tinklu ir gauna informaciją ilgųjų bangų radijo tinklu, sako Dafelmaieris. Tačiau komanda negali ir neturi kištis.

Modelis jau išgyveno pirmuosius bandomuosius pasiplaukiojimus Langener Waldsee, o artėja kelionė Baltijos jūra arba IJsselmeer. Su mažesniu pirmtaku laivu „Estelle“ komanda dalyvavo 2013 metų pasaulio robotinio buriavimo čempionate Breste Bretanėje ir gavo „Profesionaliausios studentų komandos“ prizą. Tuo metu „Estelle“ autonomiškai praplaukė septynis kilometrus per Atlantą. Su Microtransat tai būtų tūkstantį kartų daugiau.

Komanda dar nepaskyrė pradžios datos. „Vis dar yra optimizavimo galimybių“, – sako Kettlitzas. Viskas turėtų būti tobula. Komanda nori sumažinti riziką. „Juk į burlaivį buvo skirta daug laiko, pastangų ir rėmimo pinigų“, – sako Herfurthas. Ir jūs nenorite patekti į nesėkmingų bandymų sąrašą, kaip dar vienas pavyzdys."