Робот для обслуживания акваферм: автономный подводный дрон CageReporter
Аквакультура — важный источник продовольствия, но она сталкивается с проблемами безопасности: частые аварии на объектах и побеги рыбы. Сбежавшая рыба распространяет нежелательный генетический материал среди уязвимых диких популяций лосося. Кроме того, в отрасли сегодня не хватает кастомизированных систем, способных автономно работать, обследовать садки и одновременно собирать важные данные.
Автономные подводные аппараты (ROV) могут выполнять высокорисковые работы, такие как инспекция сетей, что снижает число аварий. Они также могут отслеживать здоровье рыбы и предотвращать побеги. Такое оборудование может работать 24/7 в любую погоду без помощи человека, повышая рентабельность. Оно способно в реальном времени проверять садок на повреждения, предотвращая побеги и улучшая благополучие животных.
Испытания на аквафермах
Исследователи из SINTEF и NTNU совместно с представителями аквакультуры и технологической индустрии разработали автономный подводный робот CageReporter, созданный специально для таких задач.
Результаты проекта:
- Недорогая подводная система связи и позиционирования.
- Новая система 3D-видения для высококачественного сбора и анализа данных.
- Новая система автономной навигации в нестатичной среде с минимальным вмешательством.
- Возможность мониторинга условий внутри садка для улучшения качества жизни и здоровья рыбы, а также облегчения инспекции сетей.
- Концептуальное исследование, результатом которого стали рекомендации и спецификации для док-станции в структурах аквакультуры.
«Такие аппараты могут собирать полезные данные, более точные и объективные, чем те, что собирают люди. Технология дает нам невероятно точную и важную информацию, например, о здоровье рыбы и качестве воды в реальном времени. Это отличная новость для здоровья рыб и их благополучия», — говорит исследователь и руководитель проекта Элени Келасиди из SINTEF. — «В будущем мы, возможно, увидим полностью безлюдные аквафермы».
ROV прошел полевые испытания на двух аквафермах, связанных с SINTEF ACE, недалеко от Фрёйи у побережья Тронхейма. Робот предоставил как четкие фотографии садка в реальном времени, так и точные данные о позиционировании, позволяющие навигацию в постоянно меняющейся среде. Эта технология позволяет CageReporter обнаруживать и сообщать о деформациях сетей и даже прогнозировать будущие повреждения.
«Данные, которые мы получили из садка, касающиеся рыбы, оборудования и окружающей среды, дали нам гораздо лучшее понимание реальных условий внутри», — говорит Келасиди. — «По сравнению с традиционными точечными измерениями мы получили, без сомнения, больше информации и, что важнее, более точную информацию».
Оснащен датчиками и искусственным интеллектом
CageReporter оснащен надежной технологией. Его система связи основана на акустических сигналах, но достаточно компактна, чтобы не влиять на маневренность ROV в воде.
Эта высокотехнологичная система связи была разработана норвежским стартапом Water Linked, создавшим ультразвуковую систему сигнализации для подводного использования, которая является компактной, экономичной и высокотехнологичной.
«Для нас было совершенно необходимо иметь точную систему подводного позиционирования. Без этого ROV не может автономно перемещаться. В SINTEF мы разработали несколько продвинутых методов для расчетов в реальном времени, например, деформаций сетей садка и интерактивной навигации для такого типа аппаратов. Теперь мы продемонстрировали, что робот действительно может выполнять работу», — говорит Келасиди.
Как робот стал автономным
Ключевой задачей исследовательского проекта было сделать аппарат автономным, снабдив его «мозгом», трехмерным зрением и различными датчиками для обследования окружающей среды. ROV должен сосуществовать с живой рыбой в меняющейся среде и использовать свои «чувства» для навигации и саморегуляции.
«Это было сложно, — говорит исследователь Элени Келасиди. — Наша команда разработала множество алгоритмов, которые могут оценивать расстояние до различных объектов и их движение, как самого садка, так и плавающей в нем рыбы. Эти модели затем сочетались с измерениями в реальном времени от систем позиционирования, чтобы оценивать окружающую среду и корректировать движения. Много внимания уделялось разработке биоинтерактивной функции управления, чтобы ROV лучше сосуществовал с рыбой, не беспокоя ее».
Эти алгоритмы были запрограммированы в сам аппарат, состоящий из различных датчиков и камеры. Собранные данные анализировались компьютерными системами и искусственным интеллектом, что давало отчет о состоянии рыбы и среды.
Однако заставить эти системы и алгоритмы работать вместе автономно и с высокой точностью, а также запрограммировать это в движения робота, не пугая рыбу, — сложная задача.
«Когда рыба пугается, срабатывает инстинкт бегства, и мы не можем получить нужные наблюдения. Поэтому для нас было важно "научить" робота при необходимости замедляться, чтобы рыба приняла его как часть своей среды», — объясняет Келасиди.
После того как ROV принят косяком, он может перемещаться по всему садку. На большинстве современных акваферм датчики расположены только в одном месте — у кормовой станции. Но условия внутри садка (температура, течения, освещение, уровень кислорода) могут сильно различаться в разных зонах. Автономный датчик может контролировать весь садок, давая более полную и точную картину.
Келасиди заключает, что в условиях резкого роста аквакультурной отрасли автоматизированная инспекция, которую обеспечивает CageReporter, совершенно необходима для оптимизации операций.