1

ربات‌های خودران در دریاها، از علم قطبی تا انرژی فراساحلی، اکنون توانایی سازمان‌دهی، تغییر نقش در لحظه و بازطراحی ماموریت‌ها را دارند. این انعطاف‌پذیری تازه، وظایفی را ممکن می‌سازد که پیش‌تر به کشتی‌های بزرگ، خدمه‌های متعدد و زمان‌های طولانی نیاز داشتند.

یک گام بزرگ فراتر از سامانه‌های سنتی

پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری نروژ (NTNU)، شرکت Equinor، دانشگاه پورتو و دیگر مؤسسات اروپایی و آمریکایی بر این باورند که «سازمان‌های رباتیکی خودران» (Autonomous Robotic Organizations یا AROs) یک جهش چشمگیر نسبت به سیستم‌های پلتفرم‌محور سنتی به‌شمار می‌آیند.

این فناوری، ربات‌های زیردریایی، شناورهای سطحی بدون سرنشین، پهپادها و حتی ماهواره‌های کوچک را از طریق یک شبکه فرماندهی و کنترل مشترک به یکدیگر متصل می‌کند.

شبکه هماهنگ ربات‌های دریایی

فراتر از دسته‌های یکسان

در گذشته، رباتیک دریایی متکی بر چند دستگاه تخصصی یا دسته‌هایی از واحدهای مشابه بود. اما سازمان‌های رباتیکی خودران مسیر متفاوتی را در پیش گرفته‌اند. هر ربات ویژگی‌ها و حسگرهای خاص خود را دارد، اما می‌تواند در صورت تغییر شرایط، وظایف را به دیگر واحدها واگذار کند.

ترکیب نقش‌ها در میدان عمل

• یک ربات می‌تواند به نقشه‌برداری از پشته‌های کف دریا بپردازد
• دیگری نمونه‌برداری از ستون آب را انجام دهد
• پهپادی تصاویر ویدیویی مخابره کند
• و ماهواره‌ای داده‌های منطقه‌ای را پخش نماید

نرم‌افزارها این داده‌ها را به‌صورت بلادرنگ ترکیب کرده و یک «سیستم از سیستم‌ها» ایجاد می‌کنند که سریع‌تر، کم‌هزینه‌تر و مقاوم‌تر از هر دستگاه منفرد عمل می‌کند.

از بستر دریا تا فضا

تجربه‌ای موفق در مدار قطب شمال

در سال ۲۰۲۲، مفاهیم ARO در منطقه Kongsfjorden در سوالبارد نروژ به مرحله اجرا رسیدند.
در این مأموریت:

• ربات زیردریایی خودران اعماق را اسکن کرد
• یک شناور بدون سرنشین جریان‌ها را بررسی نمود
• پهپادی الگوهای سطحی را ثبت کرد
• و ماهواره تحقیقاتی NTNU داده‌های رنگ اقیانوسی را از فضا جمع‌آوری کرد

همه این دستگاه‌ها در یک بازه زمانی و در یک مکان فعالیت کردند تا شکوفایی سالانه جلبک‌ها را از بستر دریا تا فضا رصد کنند.

تکمیل چرخه اطلاعات

پیش از این آزمایش جامع، سال‌ها آزمایش ترکیبی میان ربات‌های زیرآبی، شناورها و هواگردها انجام شده بود. افزودن ماهواره به این ترکیب، امکان ردیابی سیگنال‌های زیستی را در کل ستون آب و حتی تا آب‌های آزاد فراهم ساخت.

کاهش هزینه و زمان با تیم‌های رباتیک

جایگزینی مناسب برای مأموریت‌های پرهزینه

عملیات سنتی با کشتی‌های تحقیقاتی، مؤثر اما بسیار پرهزینه‌اند. هر مأموریت ممکن است هفته‌ها سوخت، دستمزد خدمه و زمان صرف کند. AROها می‌توانند همان منطقه را با کسری از هزینه پوشش دهند.

ربات‌ها می‌توانند ماه‌ها در دریا باقی بمانند، برای شارژ به بویه‌های سطحی بازگردند یا برای تعمیر به ساحل بازگردند. در برابر تغییرات آب‌وهوایی، یخ یا محدودیت‌های امنیتی نیز انعطاف‌پذیر هستند. همچنین با کاهش ردپای کربن، نگرانی‌های زیست‌محیطی را نیز پاسخ می‌دهند.

کاربردهای فراساحلی فناوری رباتیک

نمونه‌های پیاده‌سازی‌شده

Equinor اکنون از راهکارهای رباتیک در کارهای روتین خود در فراساحل استفاده می‌کند:

• ربات‌های زیردریایی برای بازرسی از خطوط لوله و سکوها
• شناورهای سطحی برای پایش زیست‌بوم‌های حساس
• پهپادهایی برای انتقال داده‌ها به مهندسان مستقر در خشکی که در مدت چند ساعت، نه چند هفته، می‌توانند واکنش نشان دهند

حوزه‌های دیگر

پیشرفت‌های مشابه در نقشه‌برداری محیطی، نظارت نظامی و واکنش اضطراری نیز مشاهده شده‌اند.

دو دهه پیشرفت در رباتیک دریایی

همکاری‌های بلندمدت

آزمایش سوالبارد حاصل بیش از بیست سال همکاری میان NTNU و دانشگاه پورتو در اقیانوس اطلس، قطب شمال، آرام، مدیترانه و آدریاتیک است.

مراکز پیشرو

مراکزی مانند NTNU AMOS، NTNU VISTA CAROS و SFI HARVEST تحقیقات پیشرفته در زمینه الگوریتم‌های کنترل، ذخیره انرژی، ارتباطات آکوستیک و تحمل خطا را هدایت کرده‌اند. در پرتغال، پروفسور João Sousa برنامه‌هایی تحت حمایت ناتو برای آزمایش امنیت دریایی را هدایت می‌کند.
در نروژ نیز مؤسساتی مانند SINTEF و مؤسسه تحقیقاتی دفاعی نروژ در توسعه حسگرها، نرم‌افزارها و پشتیبانی میدانی مشارکت دارند.

قابلیت‌های کلیدی ARO

سه ستون عملکرد موفق

۱. همکاری پیشرفته
ربات‌ها باید بتوانند وظایف را میان خود تقسیم کنند بدون اینکه اپراتورها را با جزئیات خسته کنند.

۲. کنترل مقاوم
هر واحد باید بتواند حتی در صورت قطع ارتباط یا خرابی یکی از هم‌تیمی‌ها، ایمن باقی بماند.

۳. تاب‌آوری بالا
تیم‌ها باید در برابر تغییرات محیطی یا نقص سخت‌افزاری، خود را بازتنظیم کرده و ادامه دهند.

تحقق این قابلیت‌ها نیازمند ادغام عمیق هوش مصنوعی، ناوبری، مدیریت انرژی و ارتباطات پرسرعت است.

کیفیت بالاتر، هزینه پایین‌تر

پیش‌بینی تحلیل‌گران

برآوردها نشان می‌دهند که AROها می‌توانند با هزینه‌ای بسیار کمتر نسبت به روش‌های قدیمی، به بررسی پهنه‌های دریایی، بازرسی کابل‌ها یا نقشه‌برداری ذخایر ماهی بپردازند.

مزایای اجرایی

• بازگشت سریع‌تر داده‌ها، برای پاسخ به الزامات قانونی و صنعتی
• حضور مداوم، به تشخیص سریع نشت‌ها یا ابزارهای شناور کمک می‌کند
• پایداری مأموریت‌ها با ایجاد افزونگی و جبران عملکرد واحدهای معیوب

فراتر از مرزهای اقیانوس

گسترش اصول ARO به خشکی و آسمان

با اینکه دریاها محور فعلی سرمایه‌گذاری هستند، اما همین اصول می‌توانند:

• ربات‌های زمینی، کامیون‌های خودران، حسگرهای ثابت و ماهواره‌ها را در یک شبکه لجستیکی قاره‌ای پیوند دهند
• خدمات اضطراری پس از بلایای طبیعی از ترکیب تیم‌های رباتیک بهره ببرند
• کشاورزان هوشمند داده‌های پهپادها، حسگرهای خاک و ربات‌های آبیاری را تلفیق کنند

در هر محیطی که کارها میان هوا، سطح و زیرسطح توزیع شده باشند، AROها راه‌حلی اثربخش هستند.

برنامه‌های آینده ربات‌های خودران

گسترش آزمایش‌ها و ارتقای عملکرد

پژوهشگران در نظر دارند:

• آزمایش‌های قطبی را با دوام بیشتر، تعمیرات پیچیده‌تر و انتقال زنده وظایف میان انواع ربات‌ها توسعه دهند
• توانایی تصمیم‌گیری را بهبود ببخشند تا ناوگان بتواند در لحظه میان ریسک، انرژی و اولویت‌های داده‌ای تعادل برقرار کند
• امنیت سایبری را ارتقا دهند؛ چراکه با جایگزینی کشتی‌های سرنشین‌دار با ربات‌ها، این مسئله اهمیتی دوچندان می‌یابد

آینده‌ای کارآمد، چابک و گسترده در دریاها

سازمان‌های رباتیکی خودران، نویدبخش عصری جدید از بهره‌وری، انعطاف‌پذیری و پوشش وسیع‌تر در عملیات دریایی هستند. پس از دهه‌ها پژوهش و توسعه، این فناوری در حال خروج از آزمایشگاه و ورود به عملیات‌های واقعی است.

با کاهش هزینه‌ها و افزایش توانمندی‌ها، تیم‌های رباتیکی به‌زودی به شرکای استاندارد علم، صنعت و دفاع در دریاها بدل خواهند شد — و نه‌چندان دور، در بسیاری از حوزه‌های دیگر نیز.

این مطالعه در نشریه Science Robotics منتشر شده است.