Samspill mellom maritime droner

Det frivillige studentmiljøet i Trondheim står bak mange interessante organisasjoner og arrangementer, men dette miljøet har også en teknisk side. Her skapes det teknologi for verdensrommet, luften, land og selvfølgelig vann. I Vortex NTNU lager vi egne fullautonome undervanns- og båtdroner fra bunnen av ved siden av fulltidsstudiene.

Startet smått

Vortex NTNU er en organisasjon med 50 aktive medlemmer innen ulike fagfelt som kybernetikk, elektronikk, maskinteknikk og maritim teknologi. Målet vårt er å delta på en konkurranse for helt autonome undervannsdroner (AUV) i USA kalt RoboSub, men har det siste året også prøvd oss på å produsere en egen båtdrone. I fremtiden ønsker vi å kunne konkurrere innenfor begge disse grenene av robotikk, enten for hver respektiv drone eller gjennom et samarbeid mellom droner på og under overflaten. En liten gjeng på rundt 20 studenter startet opp Vortex NTNU i 2015 med målet om å delta på en annen undervannsdronekonkurranse for fjernstyrte undervannsdroner (ROV). Etter noen år skiftet vi fokuset til å bare utvikle autonomi. Organisasjonen har produsert fire unike undervannsdroner totalt, men bare den siste som ble påbegynt høsten 2020 er blitt designet til å være fullstendig autonom fra starten av. Den nyeste dronen blir for så vidt kalt Beluga ettersom vi har en tradisjon i å oppkalle robotene våre etter havdyr.

Autonomien utbrer seg til overflaten

Årets nye prosjekt tar med kunnskapen fra under vann til overflaten, og resultatet blir et autonomt overflatekjøretøy (ASV). Båtdronen lages i katamaranstil og blir ikke lenger enn 2 meter. Den er dimensjonert etter studentkonkurranser i Norge og USA. For øyeblikket er pongtongene sendt til maskinering og når de er ferdige kommer de til å bli satt sammen i en ramme med et eget batterisystem, radiosystem, stereokameraer og vårt egenutviklede kontrollsystem. 

Jeg og leder for hardware, Jonas Fillan, ble inspirert av mulighetene gjennom et samarbeid mellom en undervannsdrone og en båt da vi skrev bacheloroppgaven vår sammen med Vortex NTNU og Maritime Robotics i 2021. Det gikk ut på å koble opp en av Vortex sine droner, Manta, til Maritime Robotics’ båtdrone kalt Otter for å drøfte mulighetene samarbeidende maritime roboter har. Andre ivrige medlemmer har også blitt inspirert av robotikken som finnes på overflaten gjennom sommer- og deltidsjobber samt miljøet de utsettes for gjennom vervet.

Løsningene finnes det ingen gitt fasit for

Industrielle AUVer er designet for langtgående observasjonsoppdrag og industrielle ROVer brukes til manipulasjon i form av sedimentsprøver eller vridning av ventiler. Beluga skal klare alt dette. Konkurransene Vortex NTNU deltar på byr på vanskelige oppgaver som resulterer i droner som er stappfulle av sensorikk som sonar, DVL og stereokameraer.

For undervannsdroner handler det om å skape seg et 3D-kart av omgivelsene, og bruke dette kartet til å plassere nøkkelpunkter i sanntid. Et eksempel på dette er bruken av SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). I tillegg kommer manipulasjon av objektene man oppdager som en ekstra utfordring. Ferdige løsninger på disse problemene finnes ikke, og medlemmene våre er avhengig av å kunne finne frem relevant forskningslitteratur og opprettholde et nært forhold til forskningsmiljøet i Trondheim. Dette strekker seg til ASV-prosjektet også, men det er fortsatt i en tidlig fase.

Utnyttelsen av en båtdrone gir undervannsdronen en uvurderlig verktøykasse når de er koblet sammen. Elektromagnetiske signaler dør fort ut i vann og gjør at vanlig trådløs kommunikasjon med overflaten er nærmest umulig for en drone bare noen meter under vann. Akustiske signaler kan brukes, men har en ekstremt begrenset båndbredde. Båten på overflaten tilbyr GPS, som ikke fungerer under vann, og rask trådløs kommunikasjon med land. Ved å ha en akustisk pinger på undervannsdronen kan man i tillegg finne dens relative posisjon i forhold til båten ved hjelp av hydrofoner på overflatekjøretøyet. Slik kan du styre den nøyaktig globale posisjonen til undervannsdronen for å nærmere inspisere det båten ikke klarer. Vi ser for oss båtdroner som bærer tether-tilkoblede undervannsdroner for å reise ut til interessante steder med muligheten til å gjennomføre autonom observasjon med øyne «på bakken», eller havbunnen i denne sammenhengen.

Vekker interesse for marin teknologi

Vi i Vortex NTNU har et ønske om å tilby nysgjerrige og kreative ingeniørstudenter en plass til å praktisere teorien de lærer i forelesning. Mange nye studenter har ikke noe særlig forhold til undervannsteknologi annet enn det de hører om oljeindustrien, og undervannsdroner som hobby er relativt kostbart og nytt. Vi ser at mange av medlemmene våre velger karrierer innen marinindustrien ved endte studier. Det lover godt for fremtidens blå teknologi!