Το μέλλον: Αυτόνομη ρομποτική περιποίηση του γάμου

Αυτόνομη διεπαφή χρήστη ρομπότ περιποίηση του κύτους. Φωτογραφία ευγένεια Greensa Systems

Δύο χρόνια καλλωπισμού. Επενδυμένα με επένδυση 6 ιντσών 12 ιντσών σε στρώματα εβδομαδιαίως (επάνω) σε σύγκριση με τους πίνακες που παραμένουν ακάλυπτοι (κάτω). Φωτογραφία ευγένεια Greensa Systems

Καλλωπισμός ρομπότ σε ένα μικρό σκάφος στην προβλήτα πλευρά όπως απεικονίζεται από ένα άλλο αυτοκίνητο περιποίησης. Φωτογραφία Ευγένεια Greensea Συστήματα

Previous Next

Η βιοσυσσώρευση του πλοίου έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ετοιμότητα του στόλου, στην απόδοση του πλοίου, στο κόστος και στο περιβάλλον. Η βιοσυσσώρευση έχει ως αποτέλεσμα αυξημένη υδροδυναμική αντίσταση, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη κατανάλωση καυσίμου και μεγαλύτερες εκπομπές ανά διανυόμενη απόσταση από ένα υδραυλικά λείο κύτος. Μία μελέτη από τους Schultz, et αϊ. η FR-30, αυξάνει την κατανάλωση καυσίμου κατά 10,3% σε σχέση με ένα υδραυλικά λεία DDG-51. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μείωση αυτής της βαθμολογίας ρύπανσης στο FR-20 θα οδηγούσε σε εξοικονόμηση 340 χιλιάδων δολαρίων ανά πλοίο και περισσότερο από το διπλάσιο από το γεγονός ότι το πλοίο διατηρήθηκε σε μια κατάσταση ρύπανσης FR-10, εξοικονομώντας το αμερικανικό ναυτικό σχεδόν $ 800K ανά κύτος ετησίως. Και παρόλο που τέτοιες μελέτες σχετικά με εμπορικά σκάφη είναι σχεδόν ανύπαρκτες, παρόμοιες οικονομικές επιπτώσεις από το ρύπανση είναι βέβαιο. Μια πρόσφατη έκθεση ανέφερε το EMMA MAERSK, ένα σκάφος μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων 397 μέτρων, το οποίο εκτιμάται ότι δαπανά περίπου 20 χιλιάδες δολάρια ημερησίως στα προωθητικά καύσιμα που χάνονται για την βιοσυσσώρευση.

Ο οικονομικός αντίκτυπος της ρύπανσης οφείλεται επίσης σε δαπανηρές συμβατικές δραστηριότητες καθαρισμού και συγκράτησης. Μια μελέτη το 2016 που ανέθεσε η αμερικανική ακτοφυλακή, καθόρισε το κόστος απομάκρυνσης ελαφρού βιοσυσσώρευσης από το σκάφος του πλοίου να είναι 0,33 $ ανά ft2 (περίπου 3,50 δολάρια ανά τετραγωνικό μέτρο). Βάσει αυτής της εκτίμησης, η πλήρης απομάκρυνση βιολογικής ρύπανσης από ένα DDG-51 θα ξεπερνούσε τα $ 10k, ενώ το κόστος απομάκρυνσης της βιοσυσσώρευσης από πλοίο μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων Panamax θα ξεπερνούσε τα $ 98K. Αυτές οι εκτιμήσεις είναι για τις παραδοσιακές μεθόδους καθαρισμού, οι οποίες υποβαθμίζουν τις αφαιρετικές επιχρίσματα που χρησιμοποιούνται για αντιρρυπαντικές επιφάνειες, οδηγώντας σε στεγνή αποβάθρα για επαναβαφή μία φορά κάθε λίγα χρόνια. Η στενή πρόσδεση ενός μεγάλου σκάφους μπορεί να εκτείνεται μέχρι και $ 1M- $ 2M.

Το φαινόμενο Fouling έχει επίσης σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, από τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου που σχετίζονται με αυξημένο κόστος προωθητικού καυσίμου, στις τοξίνες που απελευθερώνονται από τον καθαρισμό μέσα στο νερό. Πολλές χώρες απαιτούν πλέον περιορισμό του καθαρισμού εντός ύδατος ή απαγόρευση της πρακτικής άσκησης ενώ βρίσκονται στο λιμάνι. Οι παραδοσιακές, έντονες διεργασίες καθαρισμού που χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό των φθαρμένων κελύφων είναι δαπανηρές, αναποτελεσματικές για τις εργασίες, καταστρέφοντας την επικάλυψη του κύτους και περιβαλλοντικά απαράδεκτες. Μια εναλλακτική λύση στην αντιδραστική έντονη διαδικασία καθαρισμού είναι η τακτική και ενδελεχής διάσπαση της ανάπτυξης στην επίστρωση του σκάφους με το απαλό βούρτσισμα με μικρές βούρτσες με μαλακές τρίχες. Αυτή η διαδικασία, που αναφέρεται ως περιποίηση του σκύλου, είναι παρόμοια με το βούρτσισμα των δοντιών κάθε μέρα για να αποφευχθεί η μηνιαία επίσκεψη οδοντιάτρου και το ετήσιο κανάλι ρίζας. Η έρευνα με επικεφαλής τον Dr. Geoffrey Swain στο Κέντρο Φθορισμού και Βιολογικής Ρύπανσης του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Φλόριντα (FIT CCBC) πρωτοστάτησε στη μεθοδολογία και την πρακτική της καλλωπισμού του κύτους, αποδεικνύοντας ότι είναι μια αποτελεσματική από πλευράς κόστους πρακτική για τον έλεγχο της βιολογικής ρύπανσης, ενώ απελευθερώνει πολύ λιγότερες τοξίνες στο νερό από τον καθαρισμό. Επειδή η περιποίηση της γάστρας βουρτσίζει ελαφρώς το κύτος του πλοίου και δεν αφαιρεί την επικάλυψη, η συγκράτηση δεν είναι απαραίτητη και η διάρκεια ζωής της αρχικής επικάλυψης επεκτείνεται, επιμηκύνοντας την περίοδο μεταξύ της δαπανηρής στεγνής σύνδεσης. Επιπλέον, η περιποίηση του κύτους γίνεται με ελαφριές βούρτσες που κάνουν πολύ ήπια επαφή στο κύτος του πλοίου. Αυτό επιτρέπει χειροκίνητες βούρτσες που μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν από δύτες ή ακόμα και εργαλεία βούρτσας που μπορούν να λειτουργήσουν από μικρά ρομπότ που σκάβουν το κύτος. Η έλλειψη ανάγκης για βαρύ εξοπλισμό για την εκτόξευση και ανάκτηση ενός εργαλείου καθαρισμού, προσθέτει περαιτέρω το κόστος-όφελος.

Φροντίδα οχήματος κατά την εργασία. Φωτογραφία ευγένεια Greensa Systems

Για να είναι αποτελεσματική όμως, η περιποίηση του κύτους πρέπει να γίνεται τακτικά όπως μια φορά την εβδομάδα ή και περισσότερο και πρέπει να είναι διεξοδική, αφήνοντας κενά ή παραλείψεις. (Συνεχίζοντας με την προηγούμενη αναλογία του βουρτσίσματος των δοντιών, φανταστείτε το βουρτσίζοντας όλα εκτός από λίγα δόντια - μια επίσκεψη οδοντιάτρου βρίσκεται ακόμα στο μέλλον σας.) Οι απαιτήσεις κανονικότητας και πληρότητας για την περιποίηση του κύτους παρουσιάζουν προκλήσεις για τη βιωσιμότητα. Για παράδειγμα, ένα πλοίο κατηγορίας DDG-51 περιλαμβάνει περίπου το 22% του στόλου του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ από τον αριθμό και περίπου το 22% από την υγρή περιοχή του σκάφους. Η περιποίηση της συνολικής υγροποιημένης περιοχής αυτού του τμήματος του στόλου του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ μία φορά την εβδομάδα είναι απαγορευτική από υλικοτεχνική και οικονομική άποψη, χωρίς να υπάρχει ρομποτικό μέσο. Ακόμη και με μια ρομποτική λύση, ο χρόνος περιποίησης θα μπορούσε να είναι περισσότερο από 15 ώρες ανά πλοίο αν χρησιμοποιήθηκε ένα μικρό μικρό ρομπότ και εξασφαλίζοντας 50% επικάλυψη των διαδρομών περιποίησης.

Πολλές προσπάθειες κατά την τελευταία δεκαετία συνέβαλαν στην προώθηση της δυνατότητας ρομποτικής περιποίησης. Αυτές οι προσπάθειες έχουν δημιουργήσει αποδεδειγμένα εργαλεία, μεθόδους καλλωπισμού, ρομποτικές πλατφόρμες, διαδικασίες διασφάλισης ποιότητας και μεθόδους μη μαγνητικής προσκόλλησης που επιτρέπουν στα ρομπότ να ανιχνεύουν κατά μήκος ενός κύτους πλοίου. Γιατί λοιπόν, μετά από σχεδόν μια δεκαετία έρευνας και όχι λιγότερους από 15 εμπορικά διαθέσιμους "ρομπότ καθαρισμού κύτους", δεν έχουμε ακόμα μια λύση που είναι πραγματικά έτοιμη για υιοθέτηση από την κοινότητα των πλοίων; Ο λόγος είναι τόσο παλαιός όσο και η ρομποτική. Μέχρις ότου το ρομπότ μπορεί να κάνει τη δουλειά όπως αναμένεται με ελάχιστη εισροή χειριστή και έως ότου η σχέση ανθρώπου-ρομπότ είναι βέλτιστη, ένα ρομπότ δεν μπορεί να εφαρμοστεί για τη δουλειά.
Ένα ρομπότ που είναι σε θέση να κάνει μια εργασία βασίζεται σε τρεις βασικές παραμέτρους: πλοήγηση, έλεγχο και επικοινωνία. Πλοήγηση: Μπορεί το ρομπότ να γνωρίζει με ακρίβεια το πού βρίσκεται στο περιβάλλον και πώς να φτάσει εκεί που απαιτείται; Έλεγχος: Μπορεί το ρομπότ να χειριστεί με ακρίβεια και να λειτουργήσει για την εργασία; Επικοινωνία: Μπορούμε να μεταδώσουμε με νόημα τις εντολές μας στο ρομπότ και να ερμηνεύσουμε την κατάσταση του ρομπότ; Η αποτυχία να εξασφαλιστεί πλήρως οτιδήποτε από αυτά τα ζητήματα εμποδίζει μια βέλτιστη ρομποτική λύση. Αυτό, αισθανόμαστε, είναι ο λόγος για τον οποίο δεν έχει ακόμη παραδοθεί μια ρομποτική λύση περιποίησης του κύτους.

Η εταιρεία Greensea Systems, Inc., μια εταιρεία λογισμικού που ειδικεύεται στις προηγμένες λύσεις πλοήγησης, ελέγχου και αυτονομίας για τη θαλάσσια ρομποτική, συνεργάζεται με την ομάδα περιποίησης του σκάφους από το FIT CCBC το 2017 για να εξερευνήσει μια βέλτιστη ρομποτική λύση για την περιποίηση του κύτους. Με τη χρηματοδότηση από το Ναυτικό Ερευνητικό Κέντρο της US Navy, η ομάδα Greensea και CCBC FIT προέβη σε ένα πρωτότυπο ρομποτικό σύστημα το 2018, το οποίο μπορεί να κυνηγάει αυτόνομα το σκάφος του πλοίου με πολύ λίγες εισόδους χειριστή, προσφέροντας ακρίβεια εντοπισμού θέσης πάνω από το κύτος μικρότερη από 0,15 m RMS. Αυτό το πρωτότυπο σύστημα χρησιμοποίησε ένα εμπορικά διαθέσιμο σύστημα ROV εξοπλισμένο με ένα σύστημα καθοδήγησης και ελέγχου που αναπτύχθηκε από την Greensea και ένα εργαλείο βουρτσίσματος που αναπτύχθηκε από το FIT CCBC.
Συνοδευόμενες από τη λύση πλοήγησης, η Greensea χρησιμοποίησε τις εξελιγμένες λειτουργικές μονάδες προγραμματισμού αποστολής και αυτονομίας που χρησιμοποιούνται για οχήματα με τηλεχειρισμό (Remote Operated Vehicles - ROVs). Αυτές οι λειτουργικές μονάδες λογισμικού OPENSEA παρέχουν τα εργαλεία και τις δυνατότητες για τον προσδιορισμό μιας περιφέρειας για τον γαμπρό, τον προγραμματισμό της κάλυψης περιποίησης και την εκτέλεση μιας αυτόνομης λειτουργίας περιποίησης. Ο αερομεταφορέας μπορεί να επιβλέπει ως εμπειρογνώμονας αντικειμένου (SME) ή να αφήνει το όχημα μόνο για να μη χειραγωγήσει τη λειτουργία. Ο ρόλος της αυτονομίας στη διαδικασία ρομποτικής περιποίησης είναι καθοριστικής σημασίας για τη βιωσιμότητα αυτής της διαδικασίας λόγω του χρόνου που απαιτείται για να εξασφαλιστεί κάλυψη 100% στο κύτος του πλοίου.

Για να παρέχει τις δυνατότητες πλοήγησης και αυτονομίας για το ρομπότ περιποίησης του κύτους, το Greensea αξιοποίησε την OPENSEA, την πλατφόρμα λογισμικού ανοικτής αρχιτεκτονικής. Το αυτόνομο ρομπότ περιποίησης του κύτους χρησιμοποιεί ένα σύστημα αδρανειακής πλοήγησης και ένα sonar πολλών δονήσεων για να παρέχει γνώση βασισμένη στα χαρακτηριστικά της θέσης του ρομπότ στο κύτος του πλοίου. Ολόκληρο το σύστημα περιποίησης του κύτους υλοποιείται σε μια ολισθηρή οδό-αγνωστικού ελκυστήρα, που περιλαμβάνει τα συστήματα πλοήγησης και ελέγχου, την αυτονομία, το σόναρ και το εργαλείο περιποίησης. Η ολισθαίνουσα ολίσθηση μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί στα περισσότερα εμπορικά ROVs. Η Greensea εμπορεύεται το σύστημα το 2019 σε ένα VideoRay MSS ROV.

Μια διαισθητική γραφική διεπαφή χρήστη που αναπτύχθηκε από το λογισμικό της Greensea για τις ομάδες εκτόξευσης πυρκαγιάς (EOD) παρέχει την επικοινωνία με το ρομπότ που είναι απαραίτητο για έναν τεχνικό να σχεδιάζει, να εκτελεί και να τεκμηριώνει τη διαδικασία περιποίησης του κύτους. Ο χώρος εργασίας Hull Grooming παρέχει μια άποψη για το σχεδιασμό της λειτουργίας περιποίησης κατά περιοχή, επικάλυψης σόναρ για αποφυγή εμποδίων και βίντεο για πλήρη επίγνωση της κατάστασης. Οι γραφικές ενδείξεις στην οθόνη καταγράφουν την πρόοδο του οχήματος στο κύτος και δείχνουν το στρώμα περιποίησης. Ο χώρος εργασίας επιτρέπει επίσης στους τεχνικούς να αποθηκεύουν και να ανακαλούν τα σχέδια περιποίησης, να καταγράφουν εμπόδια και εμπόδια και να καταγράφουν όλα τα δεδομένα για αρχειοθέτηση και επανάληψη.
Η ακριβής λύση πλοήγησης σχετικά με τη γάστρα του Greensea επιτρέπει στα αυτόνομα ρομπότ για εφαρμογές κελύφους και έχει κάνει την περιποίηση του κύτους μια βιώσιμη εναλλακτική λύση για τον καθαρισμό νερού που είναι οικονομικά αποδοτική και περιβαλλοντικά υπεύθυνη. Η Greensea εμπορεύεται το αυτόνομο ρομπότ περιποίησης του κύτους, καθώς και την τεχνολογία πλοήγησης και καλλωπισμού, το 2019.

Υποσημείωση: Η Greensea και η FIT CCBC θα ήθελαν να ευχαριστήσουν το Γραφείο Ναυτικών Ερευνών και το DARPA για την ανάπτυξη υποστήριξης στο αυτόνομο ρομπότ περιποίησης του κύτους καθώς και την τεχνολογία πλοήγησης και εντοπισμού που βασίζεται σε χαρακτηριστικά που χρησιμοποιείται από το σύστημα πλοήγησης.

Ο συγγραφέας
Ο Ben Kinnaman είναι ο ιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της εταιρίας Greensea Systems, Inc. Έχει περάσει τη σταδιοδρομία του στον κλάδο της ναυτιλίας και δημιούργησε την πλατφόρμα λογισμικού ανοικτής αρχιτεκτονικής OPENSEA που χρησιμοποιεί η Greensea για την προώθηση της θαλάσσιας ρομποτικής. [email protected]

Ο Ben Kinnaman είναι ο ιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της Greensea Systems, Inc.