Nå kan selvgående fartøy samarbeide på egen hånd

Det spesielle er at alle enhetene er utstyrt med forskjellig elektronikk og styringssystemer. Allikevel klarte de å samarbeide om oppgaven et stort internasjonalt forskerteam hadde gitt dem: Nemlig å finne et utslipp av forurenset vann i fjorden.

Men målet er at farkostene skal kunne brukes til mange ulike oppgaver, som effektiv undersøkelse og rydding av bunnen i et havneområde, overvåking av sårbare økosystemer eller inspeksjon av undervannsinstallasjoner. Det krever imidlertid teknologiske løsninger som slett ikke er hyllevare.

– Farkostene som vi nå har fått til å samarbeide, helt uten hjelp fra mennesker, er utstyrt med ulik programvare og ulik teknologi. For å løse de mange utfordringene dette ga, har vi jobbet på tvers av fagområder og landegrenser, sier forsker og ansvarlig for testing i Trondheimsfjorden, Gorm Johansen i SINTEF.

Teamet består av forskere, leverandører og sluttbrukere med bakgrunn fra kybernetikk, programvareutvikling, kommunikasjon, undervannsakustikk og marine operasjoner.

Har egen «kommandosentral»

Prosjektet har fått det beskrivende navnet SWARMs, som er en forkortelse for Smart and Networking Under Water Robots in Cooperation Meshes.

For å få de mange og ulike farkostene til å samhandle, har forskerne utviklet en kommandosentral og en såkalt «mellomvare». Fra kommandosentralen kan operatøren både planlegge, simulere og overvåke operasjonen.

I tillegg inneholder kommandosentralen kartinformasjon og andre relevante planleggingsdata for operasjonen. Kommandosentralen kan være på land eller til sjøs.

Gorm Johansen i SINTEF forklarer hvordan de ulike farkostene klarer å kommunisere, både over og under vann. Foto: SINTEF VIS MER

Mellomvaren er et spesialutviklet program som gjør at ulike fartøy kan kommunisere med kommandosentralen. Mellomvareprogrammet finnes i kommandosentralen og i alle fartøyene. Litt forenklet kan man si at denne fungerer som en oversetter som omformer signalene som kommer fra de ulike enhetene og gir de et felles språk.

En utfordring har vært å finne gode systemer som gjør det mulig å frakte signaler mellom de ulike farkostene både over og under vann.

– Når fartøyene er over vann brukes WiFi for rask kommunikasjon. Under vann er vi avhengig av «trege» lydbølger for kommunikasjon. Det er derfor utfordrende å sende mye data under vann.

– Det norske selskapet Water Linked har utviklet programvare og elektronikk som utnytter lydbølgene optimalt slik at datamengden kan økes,  forklarer Johansen.

– Dette gir oss mer data og mindre forsinkelser.

Fartøyene kan utstyres med kamera og sonar og ulike sensorer for måling av for eksempel saltinnhold, strøm og temperatur. Enkelte fartøy kan også utstyres med robotarmer.

Internasjonalt prosjekt

Forskerteamet har bestått av 30 partnere fra 10 land, hvorav fem av partnerne er fra Norge.

I tillegg til å være ansvarlig for sluttesting i Trondheimsfjorden har SINTEF utviklet en metodikk, eller «oppskrift» for hvordan marine operasjoner med mange farkoster skal gjennomføres, og hva man må tenke på når slike autonome farkoster skal utvikles.

– Metodikken beskriver alt man må tenke på i en slik kompleks operasjon. Det er dyrt utstyr og det vil for eksempel være kritisk om man skulle miste et fartøy fordi man ikke har fulgt rutinene. En avansert undervannsfarkost som en AUV (Autonomus Underwater Vehicle.) koster fort en million, opplyser forskeren.

I tillegg til SINTEF er det fire norske partnere i prosjektet. NTNU har vært ansvarlig for gjennomføringen av de marine operasjonene i Trondheimsfjorden og integrasjon av mellomvaren i to undervannsfarkoster.

Maritime Robotics har integrert mellomvaren i en av sine ubemannede overflatebåter. Water Linked har levert høyhastighet undervannskommunikasjon. Inventas har jobbet med utvikling av brukergrensesnitt og brukeropplevelse, dvs. hvordan operatørene best kan kommunisere med systemet.

Fjerntestet utstyret

Gjennomføringen av både simuleringene i forkant og selve testene i Trondheimsfjorden, har vært omfattende. En ekstra utfordring var det store antallet partnere i ulike land.

Dette ble løst gjennom å sette opp en egen lab med simulerte fartøy, hvor deltakerne kunne fjernkoble seg på maskinene og gjøre de nødvendige testene i forkant av demonstrasjonen i fjorden. De siste to månedene ble det gjennomført ca. 20 dokumenterte tester, før et eneste fartøy var i vannet.

Demonstrasjonen skjedde i Trondheimsfjorden, som er en av verdens beste testarenaer for nettopp førerløse farkoster, ifølge Johansen.

– NTNUs teststasjon er utstyrt med alt fra kontorer til egen pir og verksted. I tillegg er Trondheimsfjorden passe dyp og skjermet for havdønninger, noe som gjør dette til en veldig bra og realistisk testarena, utdyper han.

Og de selvstyrte fartøyene klarte oppgaven forskerne ga dem: De gjennomsøkte sammen et areal på 300×300 meter, og klarte å detektere utslippet, mens forskerne hadde full kontroll på at ingen av fartøyene havnet på avveie.

Hyppig bruk gir billigere utstyr

I framtida ser forskerne for seg at samarbeidende farkoster blir hyppigere brukt i marine operasjoner. En viktig faktor er at teknologien blir billigere fordi man kan bruke utstyr fra ulike eiere og produsenter.

– Det blir en god sirkel, hyppigere bruk gir billigere utstyr, som gir mer bruk, mener Gorm Johansen i SINTEF.

SINTEF-forskerne starter nå opp i et nytt EU-prosjekt, AFarCloud, som handler om å få ulike landbruksroboter og droner til å samarbeide.

– Vi overfører metodikk og teknologi fra maritime operasjoner til landbruk. Alle erfaringer fra SWARMs vil bli brukt i det nye prosjektet, noe som øker samfunnsnytten, avslutter han.