Lager undervannsdrone som både observerer og manipulerer

– De vanskeligste temaene vi jobber med kan vi ikke lese om i lærebøkene våre. I stedet samarbeider vi med PhD-stipendiater og masterstudenter for å finne svar og nye måter å løse utfordringer på. Det vi jobber med er «cutting edge», sier leder Børge Pahlm i Vortex.

Vortex er en frivillig studentorganisasjon ved NTNU, og består av studenter fra ulike fagfelt som elektronikk, robotikk, kybernetikk, marin teknologi og maskinteknikk. Ved siden av fulltidsstudier bruker de 10 til 15 timer i uken på å skape undervannsroboter som kan operere helt på egen hånd.

– En autonom undervannsdrone, i vårt perspektiv, er en liten, vanntett drone med flere undervannsmotorer som skal klare å gjøre helt spesifikke oppgaver. Den skal kunne settes ut i vannet uten kabel, starte opp programmet og utføre oppgavene helt av seg selv, forklarer Pahlm.

Finne perfekt balanse

Han og de 50 andre studentene i Vortex jobber hardt mot målet, som er å delta i konkurransen RoboSub i San Diego i California. Den arrangeres hver sommer og samler studenter fra studentorganisasjoner over hele verden.

– Vi må ha et konkret mål og en tidsfrist for at alle skal ha motivasjon og noe å strekke seg mot, ved siden av alle andre tidsfrister, sier Pahlm.

Siden oppstarten av Vortex i 2015, har studentene laget fire droner, fra ROV (fjernstyrt undervannsfarkost), til ASV (autonomous surface vehicle) og AUV (autonomous underwater vehicle).

I 2021 hoppet de enda et skritt videre, og lagde en drone som er designet til å være autonom fra begynnelsen, en AUV med navnet Beluga. Nå jobbes det for fullt med å videreutvikle Beluga, slik at den skal bli enda bedre.

– Da vi begynte med Beluga, var det mange ting vi måtte finne ut av, for eksempel distribueringen av vekt. Dronen må balanseres helt rett i vannet, slik at den ikke synker eller flyter opp, forklarer Pahlm.

Vil du høre mer om utviklingen av Beluga? Få med deg Børge Pahlms foredrag under Seabed Mapping and Inspection 2022. Les mer her!

Miniatyr sammenlignet med andre

Til forskjell fra de fleste droner som er i operasjon i norsk industri, som Oceaneering’s Freedom AUV og Kongsberg Maritimes undervannsdrone Hugin, jobber studentene i mikroformat.

Beluga er like under én meter lang, én halvmeter høy og en halvmeter bred, og veier 20-30 kilo. Undervannsdronen er dybderatet til 40 meter. Ifølge Pahlm er det vanligere at industrielle undervannsdroner veier flere tonn og kan nå flere tusen meters dybde.

– I konkurransen må de være små. Vi får minuspoeng hvis den er for stor, forklarer han.

Den nye modellen av Beluga skal få ny ramme, mens komponentene er de samme som før.

– Vi har fått inn en materialstudent som hadde innspill på materialvalg av ramma. Nå bytter vi fra en modular aluminiumsprofilramme til hardplast som vil gjøre den lettere, stødigere og mer motstandsdyktig mot saltvann. Utviklingen av programvaren skjer parallelt.

Interessert i det som skjer på havbunnen? Få med deg den pulserende konferansen Seabed Mapping and Inspection 2022. Klikk her!

Ser som et menneske

Det er ingen hvilken som helst undervannsdrone som er i produksjon. Vortex kombinerer teknologi slik at dronen både kan manipulere, det vil si ha en robotarm til å vri på ventiler og gjøre annet under vann, samtidig som den skal kunne observere.

Autonom undervannsdrone: AUV-en Beluga er utviklet studenter ved NTNU, som deltar i den frivillige studentorganisasjonen Vortex. Nå jobber studentene med å videreutvikle Beluga, slik at den skal bli enda bedre. Foto: Vortex

– Konkurransen går ut på å starte et spesifikt sted, der undervannsdronen skal kunne se en port i en viss farge. For å se den har dronen et videokamera med to kameraer i ett, for å få dybdesyn sånn som oss. I tillegg til å se fargen må den kunne se avstanden.

– Men å kjøre dit er det vanskeligste.

For å klare å navigere fra et sted til et annet, må dronen først kjenne igjen hva den ønsker å navigere til, enten det er gjennom kamera eller akustiske signaler, så må den kjøre i den retningen.

– Nå for tiden implementerer vi et tidligere medlems stifølgingsalgoritme for undervannsdroner som ble gjort som hans masteroppgave. Et annet ambisiøst prosjekt som vi prøver å implementere, går under begrepet SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). Det innebærer at den kartlegger områdene den er i, samtidig som den lokaliserer hvor den er.

Dronen har en sensor som peker nedover og skyter ut lydsignaler for å få informasjon om egen posisjon og fart i forhold til havbunnen ved hjelp av dopplereffekten. En DVL (Doppler Velocity Log) er et av de viktigste sensorene for navigasjon en undervannsdrone kan ha.

– Sammen med dybdesynkameraet kan den i prinsippet lage et kart av området i 3D. Dronen skal også kunne lokalisere lydsignaler, og har hydrofoner (undervannsmikrofoner) som detekterer lydsignaler. Den er også utstyrt med en robotarm som styres av pneumatikk, slik at den kan legge noe et annet sted.

Arbeider med nytt prosjekt

Som om ikke utviklingen av Beluga er nok, er studentorganisasjonen i gang med å utvikle noe helt nytt. Nemlig en autonom båt.

– Den vil ha masse sensorer slik at den kan løse automoniutfordringer unikt for havoverflaten. Som bonus kan du koble båten til dronen med en undervannstether, og i prinsippet utforske havbunnen med undervannsdronen hvor enn du vil så lenge du er koblet til båten over radio. Elektromagnetiske bølger som W-iFi eller 5G funker rett og slett ikke under vann, så det å kunne overføre data gjennom kabel opp til en båt og derfra trådløst til land er utrolig verdifullt.

Båten vil sammen med dronen kunne brukes til observasjoner og kartlegging av havbunnen.

– Hvis det er et sted under vann av interesse i dag, må du hyre mannskap som har båt og en flere tonns ROV. Det kan heller løses med autonome oppdrag ved bruk av små roboter.

Vil du høre mer om prosjektene Vortex jobber med? Bli med på Seabed Mapping and Inspection 2022. Meld deg på her!