О подводных дронах. Применение, управление и топ моделей.
Подводный дрон – это герметичная электронно-механическая система, способная стать эффективным инструментом при исследовании морских глубин. Океанологи считают, что человечество знакомо с мировым океаном и его обитателями довольно поверхностно, а до 95% морских пространств все еще ждут своих исследователей.
В последние годы появилась целая плеяда относительно небольших необитаемых подводных аппаратов, обладающих высокой автономностью и живучестью. По-английски они именуются ROV (Remotely operated underwater vehicle). Эти машины обычно комплектуются одним или несколькими электродвигателями, системой подводного ориентирования, прожекторами и видеокамерой. Некоторые из них могут использоваться как дрон для рыбалки.
В этой статье мы предлагаем нашим читателям ознакомиться с лучшими ROV, имеющими различные возможности и предназначенными для решения довольно широкого круга задач.
Назначение
Нужно признать, что плавать с аквалангом желают далеко не все интересующиеся подводным миром. Претендент на получение сертификата подводного пловца должен обладать отменным здоровьем, уметь использовать достаточно сложное оборудование и строго придерживаться определенных правил поведения. Более того, прохождение процедуры сертификации может превратиться в утомительное и дорогое занятие. Поэтому первое, что приходит на ум – это использование ROV для подводной съемки.
Очень часто ROV выполняют мониторинг подводных сооружений и систем – трубопроводов, портовых стенок, морских буровых платформ, корпусов кораблей и т.д.
Особую привлекательность подводным машинам придает еще один вариант их использования – подводная охота и рыбалка с помощью дрона.
Таким образом, перед приобретением ROV на Алиэкспресс или другой интернет-площадке потенциальный пользователь должен определиться, что конкретно он хочет купить – беспилотник для рыбалки, дрон для подводной съёмки или что-то еще. Не последнюю роль играет и то, сколько стоит такой радиоуправляемый подводный беспилотник.
Способы управления
Разработчики ROV просто обязаны учитывать тот факт, что вода не способствует распространению радиоволн. Эта проблема имеет два решения:
Стоит добавить, что самые продвинутые модели обладают частичной автономностью и способны самостоятельно всплывать при потере связи.
Бортовое оборудование
Разумеется, на борту любого дрона имеется видеокамера и глубиномер. Все машины оснащаются мощными источниками света. На квадрокоптер для рыбалки всегда устанавливается сонар.
Глубина погружения
Как известно из курса физики, давление воды зависит от глубины погружения – каждые 10 м увеличивают этот показатель на 1 атмосферу. Пилот просто обязан контролировать этот параметр и ни в коем случае не выходить за его допустимые пределы. Если ROV погрузится слишком глубоко, давление может разрушить его корпус или повредить объектив видеокамеры.
Дрон для моря или озера
Существуют очень важные отличия между пресной и соленой водой. Подводные аппараты, рассчитанные на применение только в пресных водоемах, ни в коем случае нельзя погружать в агрессивную морскую среду.
Познакомимся с некоторыми моделями ROV
Технические характеристики
Производитель определяет свою разработку как «первый в мире бионический подводный беспилотник». У Biki нет традиционных винтов. Эта машина передвигается как обычная рыба – с помощью хвоста.
Biki движется в воде со скоростью 1,8 км/ч и движется очень тихо. Камера, входящая в комплект поставки, способна снимать 16 Mp фото и 4K видео. Полученный материал передается оператору, а также записывается на бортовую карту памяти емкостью 32 ГБ. За включение фар отвечает датчик освещения. Плавной и надежной съемке способствует встроенный стабилизатор камеры.
Что касается контроля, то на поверхности воды аппарат подключается через Wi-Fi к автономному пульту или смартфону. Такой способ связи возможен потому, что антенна, размещенная в верхнем плавнике машины, выглядывает из воды.
Погрузившись, Biki либо самостоятельно перемещается по заданному заранее маршруту, либо управление переходит к подводному пловцу, который использует водонепроницаемый пульт, поддерживающий «технологию акустической коммуникации». Дальность действия этого устройства не превышает 10 м. Видео и фото из-под воды не передаются.
Завершив задание или разрядив батарею, дрон всплывает и использует систему GPS для самостоятельного возвращения на базу.
Gladius
Характеристики
Этот подводный аппарат признан одним из лучших в своей категории. Его камера позволяет снимать и записывать видео в формате 4K или 1080p или получать фотографии с разрешением 16 Mp. Освещением съемочной площадки занимается пара светодиодных фонарей. Более того, программное обеспечение Gladius содержит алгоритмы, способные существенно повысить качество изображения.
Gladius обладает высокой подвижностью и маневренностью. Четыре независимых электродвигателя способны перемещать эту машину в любом направлении и разгонять ее до максимальной скорости в 4 узла.
Для связи с оператором используется Wi-Fi буй, к которому дрон подключается тридцатиметровым подводным кабелем. В случае нужды, эта линия связи может быть увеличена до 100 м. Буй находится на поверхности воды и способен передавать живое видео в формате 720p на дальность до 500 метров. Для работы с беспилотником служит специальный контроллер. К нему подключается смартфон с предустановленным мобильным приложением, поддерживающим, кроме прочего, и режим FPV.
PowerRay
Характеристики
Этот очень интересный аппарат предназначен для ловли рыбы с квадрокоптером. Он позволяет своему владельцу не только любоваться прекрасными подводными пейзажами, но и оценить обстановку, замерить температуру воды, проверить глубину погружения и т. д. Более того, этот дрон способен помочь рыбаку поместить крючок его удочки в самое рыбное место.
Пилоту помогают встроенная подсветка, сонар и видеокамера, которая фотографирует с разрешением 12 Mpix и снимает видео в формате 4K при 25 fps. Камера поддерживает как одиночную, так и серийную съемку группами по 3 или 5 кадров.
Управление ведется по каналу Wi-Fi, причем дистанция между оператором и Wi-Fi поплавком не должна превышать 10 м. В процессе управления используется потоковое видео, которое транслируется в формате 1080p.
Подводный дрон — для чего он нужен и какая модель лучше
Доброго времени суток, наши уважаемые читатели. Время от времени мы рассказываем о профессиональных беспилотниках и о сферах, в которых они находят применение. Однако не только в воздухе беспилотные аппараты способны оказать помощь человеку. Современный подводный дрон способен решать задачи, которые не так давно были под силу только батискафам с людьми на борту. Стоимость аппаратов, умеющих работать под водой, постепенно уменьшается, тогда как их функциональность растет.
Сфера применения
В нашу подборку вошли 5 дронов, однако на самом деле количество беспилотников, способных работать под водой, гораздо больше. На этот рынок нацелились многие компании, в том числе и те, что специализируются на квадрокоптерах.
Если вам кажется, что сфера применения подводных устройств ограничивается сугубо профессиональными задачами, то это не совсем верно. Наверняка большую популярность со временем получат аппараты для рыбалки, охоты, для подводной фотографии, для ныряний с аквалангом.
Конечно, в первую очередь дроны для работы под водой разрабатываются для участия в исследовательских, строительных и спасательных операциях. Но решения, реализованные в профессиональных моделях, наверняка будут использованы и в дронах любительского уровня. Собственно, именно любительским аппаратам и посвящена наша статья.
1 место
На первое место мы поставили симпатичный дрон ibubble, созданный специально для дайверов. Он способен следовать за своим владельцем, используя для ориентации под водой эхолот и систему распознавания. Яркий желтый цвет корпуса хорошо заметен даже в не самых прозрачных водах.
ibubble способен нырять на глубину до 60 метров. Это не самый выдающийся показатель, мы познакомим вас и с более глубоководными устройствами. Однако ibubble является одним из самых доступных по цене аппаратов для дайвинга. Его стоимость составляет около 2000$ и это, конечно, не маленькая сумма, если мы говорим о летательных аппаратах. Но на подводное снаряжение действуют другие расценки, поэтому модель считается недорогой.
На борту может быть установлена камера GoPro Hero последних версий, а для подсветки используются два мощных фонаря по 1000 люменов каждый. Пульт управления закрепляется на руке дайвера. Дрону можно отдать команды на погружение и подъем, а также на движение в разные стороны. Дальность радиосвязи составляет 25 метров.
Аппарат может быть подключен к кабелю для погружения. Длина кабеля составляет 400 метров, и это решает вопрос с дальностью управления и с автономностью. Весит ibubble 5 килограмм, а его встроенного аккумулятора хватает приблизительно на час работы. При разряде батареи, устройство самостоятельно всплывает.
К минусам можно отнести небольшую дальность связи при использовании пульта. Зато ibubble умеет следовать за оператором и обычно всегда находится неподалеку.
2 место
Дрон Gladius ultra hd 4k обещает стать одним из самых ожидаемых подводных аппаратов. Управлять им необходимо с суши, то есть оператор не сможет находиться под водой. Аппаратура управления не предназначена для погружения, и представляет собой небольшой пульт, похожий на джойстик для телевизионной приставки. Пульт раздвигается, и между его половинками можно вставить смартфон.
Интересно, что для связи с дроном, находящимся под водой, используется wi-fi буй. Пульт соединяется с буем, а последний транслирует сигналы непосредственно на приемник аппарата. В зависимости от комплектации (Standard, Advanced, Platinum), расстояние удаления достигает 500 метров. В младшей версии расстояние удаления составляет лишь 30 метров.
Gladius можно рассматривать как игрушку, но весьма функциональную. На борту она может нести камеру ultra hd 4k, снимающую в разрешении 4K. В версию Standard входит 1080p камера.
Глубина погружения составляет 100 метров. Аккумулятора хватает на 3 часа работы. Для аппарата можно приобрести специальный кабель для погружения. Стоимость самой доступной версии составляет лишь 600$, правда, ее возможности довольно ограниченны. Комплектация Platinum обойдется в 1025$.
Для профессионального применения Gladius вряд ли подойдет, ведь им невозможно управлять, находясь под водой. Нет у него и систем слежения. Кроме того, для погружения нужен модуль wi-fi и буй.
3 место
Любителям рыбной ловли наверняка понравится дрон PowerRay. Он укомплектован радаром и способен находить косяки рыб даже в мутной воде. Более того, аппарат можно использовать для приманки, ведь он оснащен специальными световыми диодами.
На борту аппарата установлена камера. Она транслирует изображение на смартфон или на очки дополненной реальности.
Управлять дроном можно наклонами головы. Оператор получает четкую картину того, что происходит под водой. Трансляция ведется в режиме реального времени.
Леску с крючком и приманкой можно закрепить на специальном луче, расположенном на спине аппарата. Рыбак сможет увидеть приближение рыбы еще до того, как она окажется в непосредственной близости к батискафу.
Максимальная глубина погружения составляет 70 метров. Трансляция видео происходит на удалении до 80 метров от оператора. На одной зарядке устройство работает до 4 часов, то есть его хватит даже для довольно продолжительной рыбалки. Аппарат оснащен гидролокатором и сонаром.
Пока что подобные миниатюрные батискафы есть только у продвинутых рыбаков, но со временем аппараты, подобные PowerRay, получат широкое распространение.
4 место
Для ведения съемки под водой пригодится устройство Blueye. Небольшой по своим размерам аппарат может быть использован даже для обзора труднодоступных мест. Габариты позволяют ему легко преодолевать подводные препятствия.
Можно рассматривать Blueye и в качестве гаджета для рыбалки. Помимо камеры, транслирующей видео на смартфон или очки, он оснащается гидроакустическим оборудованием и датчиками, помогающими обнаружить косяки рыб. Поддерживается запись видео в разрешении 4К.
Глубина погружения достигает 150 метров, и это достойный уважения показатель. Вес батискафа составляет 6.8 кг. Для связи с оператором можно использовать комплектный кабель, длиной 75 метров. Дальность связи через Wi-Fi канал составляет не менее 30 метров. Девайс еще не поступил в продажу, но уже доступен в предзаказе за 6000$. Помимо пульта, аппаратом дистанционно можно будет управлять с помощью смартфона.
5 место
Серия подводных устройств DTG2 Series предназначена для решения самых разных задач.
В линейку входят 4 модели:
Интерес представляет модель начального уровня Starter. Она отличается демократическим (по сравнению с остальными моделями) ценником в 4000$, и хорошей оснащенностью. Глубина погружения составляет 100 метров, длительность работы достигает 8 часов. Дрон оснащен камерой, мощной подсветкой и пультом с жк экраном. В комплект входит кабель на 50 метров.
Вывод
В скором времени нас ожидает массовое появление аппаратов, которые можно будет условно называть подводными квадрокоптерами. Пока что они остаются довольно дорогим развлечением, даже несмотря на появление доступных по цене моделей (например, Gladius).
Похоже, крупные компании пока еще не уверены в том, что дроны будут интересны обычным людям (например тем же рыбакам), выпуская модели преимущественно для профессионалов. С другой стороны, практически ежемесячно появляются анонсы очередных моделей, а стоимость устройств становится все ниже. Возможно, первые массовые подводные дроны будут созданы стартапами, тогда как крупные производители придут на новый рынок несколько позже.
На этом пока все, не забывайте подписываться на наши статьи и делиться полезными материалами в соцсетях. До новых встреч.
50 лет назад первые подводные беспилотники были по карману только военным и впервые «засветились», чтобы любой ценой исправить международный скандал.
Затем технология перекочевала на службу нефтегазовым магнатам для построения и обслуживания океанических добывающих платформ.
Следующая веха — поиски «Титаника» (но на самом деле это была замаскированная подводная разведка). Но все же эти экспедиции принесли немалую пользу в гражданских и научных целях.
Чтобы привлечь молодежь в индустрию, в 1998 году американцы начали проводить международный студенческий конкурс, а в 2013 стартовал открытый чемпионат Азии в Сингапуре.
Цена входа в индустрию постепенно снижалась: сначала были только военные бюджеты, потом пришли нефтяные корпорации, за ними — университеты и наконец, на сцене появились open source проекты стоимостью от 500$ для «гаражных стартапов». А сейчас даже есть DIY-конструктор подводных беспилотников для школьников.
Поиск термоядерной бомбы
Авиакатастрофа над Паломаресом.
Журнал «Тайм» включил инцидент в список наиболее серьёзных ядерных катастроф.
В состав группы поиска входили эксперт по водолазным работам капитан Уиллард Сирл и математик, доктор Джон Крейвен, который при помощи байесовской теории эффективного нахождения потерянных объектов составил план поисков.
Для проведения поисковых работ была сформирована эскадра ВМС США из 34 кораблей, на которых находилось свыше трёх тысяч военных моряков и гражданских контрактников. Для исследования дна на малых глубинах до 24 метров использовались аквалангисты; водолазы в жёстких скафандрах работали на глубинах до 120 метров. Поиски на больших глубинах выполнялись подводными пилотируемыми аппаратами «Алвин» и «Алюминаут».
Алвин — один из известнейших действующих пилотируемых подводных аппаратов (ППА). Батискаф рассчитан на трёх человек (двоих учёных и пилота) и позволяет за 10 часов совершать погружение на глубину до 4500 метров.
Первая в мире алюминиевая подводная лодка Aluminaut, 1964 года. На ней, кстати, потом гонял Жак Кусто.
Дистанционно управляемый аппарат сable-controlled Undersea Recovery Vehicle (CURV).
Военные продолжили разработки в области телеуправляемых и автономных аппаратов. Тем временем на технологию положили глаз нефтяники.
Обслуживание нефтегазовой отрасли и добывающих платформ
«Телеуправляемые необитаемые подводные аппараты» (ТНПА, ROV) стали набирать популярность в 1980-х годах, когда большая часть новой нефтегазовой разработки на шельфе превысила возможности водолазов. Но в середине 80-х годов индустрия морских ТНПА пострадала от серьезного застоя в технологическом развитии, вызванного, в частности, падением цен на нефть и глобальным экономическим спадом.
ROV в действии на подводном нефтегазовом месторождении. ТНПА крутит гайки на подводной конструкции.
ТНПА подобные этому, широко применяются в шельфовой добыче. Новые технологии позволяют роботам погружаться еще глубже.
Вот, кстати, легендарное видео, как акула кусает подводный кабель:
Титаник
Титаник затонул 15 апреля 1912 года. Попытки его отыскать предпринимались в 1953, в 1966, в 1970 и в 1980 годах. (Подробнее тут.)
Согласно накладным, на «Титанике» перевозили коллекцию драгоценностей на сумму около 300 миллионов долларов. Кроме того, на борту находились оригиналы рубаи Омара Хайяма, а также мумия древнеегипетской принцессы.
Роберт Баллард обнаружил «Титаник» в 1985 году. Хотя эта «экспедиция» была всего лишь прикрытием. Операция была профинансирована ВМС США для секретной разведки двух затонувших в 1960-е годы атомных подводных лодок USS Scorpion и USS Thresher, а не «Титаника». Подлодки затонули в 1963 и 1968 годах, соответственно, и военно-морские силы хотели выяснить, имела ли место утечка радиации.
ANGUS — это куча видеокамер и фотоаппаратов, буксируемых судном под водой на тросе:
ANGUS (Acoustically Navigated Geological Underwater Survey). Этот аппарат имел недостатки: не был достаточно оперативен. Отснятый материал можно было проявить и изучить только после подъема аппарата на поверхность.
Создатели этого аппарата были те еще приколисты. Инженеры ласково называли аппарат «дурачком на веревочке» из-за отсутствия даже самых простых способов управления. Лозунгом команды ANGUS была фраза «Хоть и протекает, но тикать продолжает».
«Арго», как и ANGUS, представлял собой металлическую конструкцию, оснащенную пятью видеокамерами и двумя гидроакустическими системами.
1 сентября 1985 года монитор, связанный с видеокамерой «Арго», показал объекты неприродного происхождения. На следующий день был обнаружен корпус «Титаника», и на дно был отправлен ANGUS для проведения фотосъемки.
В следующие четыре дня «Арго» и ANGUS сделали тысячи фотографий. Обломки «Титаника» были разбросаны на площади радиусом в 1600 метров на глубине около 3800 метров.
12 июля 1986 года Баллард совершает вторую экспедицию к «Титанику». Теперь у него в распоряжении батискаф «Алвин» на трех человек и телеуправляемый робот Jason Jr.
.jpg)
«Алвин» — один из известнейших действующих пилотируемых подводных аппаратов (ППА). Батискаф рассчитан на трёх человек (двоих учёных и пилота) и позволяет за 10 часов совершать погружение на глубину до 4500 метров.
Аппарат «Ясон Джуниор» (Jason Jr)
Исследование «Титаника» с помощью аппарата «Ясон Джуниор».
В 1987 National Geographic Channel сняли документальный фильм поисках «Титаника», его посмотрел Джеймс Кэмерон и вдохновился на создание своего шедевра.
Кэмерон в сентябре 1995 года лично совершил 12 погружений к «Титанику» на батискафах «Мир-1» и «Мир-2», находившихся на борту российского научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш», позднее также задействованного в фильме.
Фильм «Титаник» стоил больше, чем сам корабль. Строительство корабля обошлось в 4 000 000 фунтов, что в современных деньгах составляет 100 000 000 фунтов, а стоимость фильма Джеймса Кэмерона — 125 000 000 фунтов.
Международные соревнования
Конкурсы — это отличная игровая механика, которая привлекает молодежь и позволяет «профориентировать» много специалистов в интересующую область. Появление международных конкурсов — важная веха развития подводных беспилотников и формирования индустрии и рынка.
RoboSub
Международные соревнования проводятся с 1998 года проводится на базе Центра космических и военно-морских систем США.
В конкурсе RoboSub участвуют автономные подводные аппараты (AUVs), и выполняют реалистичные миссии в требовательной подводной среде.
Основанный Международной ассоциацией разработчиков систем необитаемых (unmanned) аппаратов, Фонд AUVSI представляет собой некоммерческую организацию, которая предоставляет студентам возможность поучаствовать в практических мероприятиях в сфере робототехники, направленных на стимуляцию и поддержание их интереса к науке, технологиям, инженерии и математике (STEM).
Каждый год Фонд AUVSI предлагает ряд образовательных программ, а также робототехнических соревнований, которые позволяют студентам применить свое техническое образование за пределами аудитории. Такие мероприятия — идеальная подготовка к профессиональной деятельности, поэтому участвующим в них студентам часто предлагают желанную стажировку и трудоустройство еще до окончания вуза.
Singapore AUV challenge (SAUVC)
Открытый чемпионат Азии по подводной робототехнике Singapore AUV Challenge (SAUVC), cоревнования проводятся в Сингапуре c 2013 года.
Вот как своими словами описывает задание участник соревнований 2013 года:
«Задание примерно можно описать так: нужно идти над чёрной полоской на дне бассейна и в определённый момент всплыть. То есть, такой line-following robot. Правила, правда, несколько мутновато описывают всё это дело. Там есть какие-то ворота, через которые надо пройти. Но если хорошо идти над полоской, то через них пройдёшь автоматически. Еще там есть стойка, на которой стоит шарик, и его надо пнуть. Опять же, если идти хорошо над полоской и на правильной высоте, то при очередном повороте шарик пнёшь автоматически. И всплыть нужно в правильном месте — когда закончится чёрная полоска. В общем, всё соревнование крутилось вокруг чёрной полоски на дне :-).»
Подробный рассказ про 2013 год в подводной робототехнике тут.
OpenROV
«Гаражный стартап» — так начиналась история Hewlett-Packard и Apple, а также множества других проектов Кремниевой долины. Когда технология становится доступной «хакерам», они начинают самостоятельно экспериментировать и находить потрясающие решения.
В 2012 году на Кикстартере был запущен проект OpenROV — дистанционно-управляемый мини-подводный робот весом около 2,5 кг. Он управляется с ноутбука, укомплектован видеокамерой с подсветкой. Глубина погружения: до 100 метров, время работы от аккумуляторов:
1,5 часа. В движение он приводится тремя бесколлекторными двигателями (800Kv Brushless motor): два в горизонтальной и один в вертикальной плоскости. Для получения визуальной картинки используется обычная web-камера (Microsoft LifeCam HD-5000), которая через USB подключается к BeagleBone.
Набор поставляется в виде запчастей, которые надо собрать. Разработчики проекта ставили перед собой цель сделать подводные исследования дешевыми и общедоступными, по принципам open source software и open source hardware. Чертежи доступны на GitHub.
Выступление на TED:
В качестве бортового компьютера используется Beagle board.
Trident 2016 (следующая версия OpenROV)
Дроны OpenROV 2.8 и Trident
Дальность управления — до 100 метров. Масса — 2,9 кг. Максимальная скорость — 2 м/с. Время работы от батарей — 3 часа. Поддержка автоматического зависания и сохранения направления движения. Может подключаться к очкам виртуальной реальности для управления «от первого лица».
Gladius 2017
В 2017 году появился очередной краудфандинговый проект подводного робота на площадке IndiGoGo.
4к видеокамера, 100 метров глубины, 500 радиус действия, цена 600-1700 долларов.
Конструктор для школьников
MUR — набор для соревнований JuniorSkills.
Разработка была представлена Сергеем Муном из Владивостока на выставке РобоМех-2015 в Хабаровске 12 ноября.
На базе этого конструктора проводится олимпиада НТИ для старшеклассников со всей России по профилю «Водные робототехнические системы».
На отборочных этапах надо решеть задачки по физике и информатике, а так же освоить управление подводными роботами на 3д-симуляторе.
В заключительном этапе задачки поинтереснее:
Еще в 2017 прошла в Иннополисе прошла олимпиада «Водные Интеллектуальные Робототехнические Системы». (Правила тут.)
Россия, Владивосток
Мне было очень приятно узнать, что команда разработчиков подводных беспилотников из моего города и моего универа (Дальневосточный федеральный университет — ДВФУ) настолько крутая.
С 2012 года совместная команда робототехников ДВФУ и ДВО РАН ежегодно становится призером в классе автономных роботов на всемирных турнирах RoboSub и азиатских чемпионатах Singapore AUV Challenge.
А вот и «Джуниор», робот, с которым владивостокская команда захватывает глубины бассейнов завоевывает призовые места.
RoboSub
2012 — 5 место (ДВФУ, Владивосток)
2013 — 3 место (ДВФУ, Владивосток)
2014 — 4 место (ДВФУ, Владивосток)
2015 — 3 и 6 место (Морской университет им. Невельского и ДВФУ, Владивосток)
2016 — 4 место (Морской университет им. Невельского, Владивосток)
2017 — 2 место (ДВФУ, Владивосток)
Singapore AUV challenge
2013 — 1 место (ДВФУ, Владивосток)
2015 — 2 место (ДВФУ, Владивосток)
2016 — 2 место (ДВФУ, Владивосток)
2017 — 1 место (ДВФУ, Владивосток)
Про владивостокскую команду(интервью с разработчиками, ТТХ робота и пр.) и про правила международных соревнований напишу в следующем выпуске.