Romantika ponorek, od románového Nautilu kapitána Nema, přes válečné podmořské čluny až po vědce sestupující do hlubin v batyskafech, zřejmě patří minulosti. Nyní nastupují podmořští roboti!
Nejen oceánografové, ale i vojáci zjistili, že plavidlo bez posádky nadané umělou inteligencí je podstatně levnější než pilotovaný podmořský člun a někdy toho dokonce zvládne i mnohem víc.
Co dokáže podmořský robot?
Pojem „podmořský robot“ se používá už několik desítek let – často ale pro stroje, které ve skutečnosti byly jen přes kabel ovládané kamery a manipulátory, bez jakékoliv vlastní inteligence. Správné označení pro ně je ROV (Remote Operated Vehicle, tedy dálkově ovládané zařízení). Skuteční roboti pracující samostatně se ve světě ticha začínají objevovat až v posledních letech. Od nesamostatných předchůdců je odlišuje zkratka AUV (Autonomous Underwater Vehicle (nezávislé podvodní zařízení). Jejich využití je neobyčejně rozmanité, od sběru dat o teplotě, mořských proudech, složení vody či počasí, přes geologický výzkum, hledání vraků a podmořskou archeologii až po „službu“ ve vojenském námořnictvu.
Bez lidí jde všechno snáz
Oproti pilotované miniponorce nemusí moderní nezávislý stroj brát ohledy na zajištění životních funkcí živé posádky, je proto menší, levnější, jednodušší, jeho mise může trvat déle a lze při ní postoupit větší rizika. Dálkově ovládaná podmořská zařízení ovšem byla jen prvním krokem k tomuto cíly, protože stále ještě vyžadovala drahou doprovodnou loď se speciálně vycvičenou posádkou. Naproti tomu AUV směřují k naprosté minimalizaci obsluhy. Snem konstruktérů je malý stroj, který v zájmové oblasti vysadí z motorového člunu nebo letadla a po splnění jeho úkolů si jej na stanoveném místě výzkumníci zase jednoduše vyzvednou.
Cestu ke skutečným podmořským robotům značně usnadnila existence satelitního navigačního systému GPS. Dnes už není žádný problém naprogramovat AUV tak, aby během vynoření za pomoci GPS kontroloval svou polohu a stanovil si další trasu v souladu se svým programem. Prostřednictvím satelitní komunikace a internetu je také snadné robota kontrolovat, stahovat získaná data nebo měnit jeho program – už ne z doprovodné lodě, ale třeba z pohodlné pracovny.
Kde vzít energii?
Naproti tomu stále ještě zůstává obtížné zkonstruovat stroj, jehož energetické zdroje by mu umožnily operovat ne hodiny a dny, ale týdny a měsíce. Je to o to složitější, že podmořské automaty jsou obvykle malé a na jejich palubu se těžké a rozměrné baterie nevejdou.
V některých případech proto konstruktéři sáhli k neobvyklým řešením. Například rusko-americký stroj Sanpa má na „zádech“ fotovoltaické panely, které dobíjí při předávání dat a kontrole polohy na hladině. Díky specializovaným mikroprocesorům a GPS může po dobu několika měsíců bez zásahu člověka shromažďovat informace z vymezené oblasti a po splnění úkolů ve stanovený čas připlout na setkání s výzkumnou lodí. Zadat nové údaje, vyměnit program nebo převzít data je možné i na dálku pomocí malé vysílačky. Sanpa je společným dílem amerického ústavu Autonomous Underwater Systems Institute a Ruské akademie věd.
Jinou cestou šli na problém energie pro roboty vědci z Laboratoře aplikované fyziky a Oceánografické školy University of Washington. Jejich stroj Seaglider elektřinu pro pohon nepotřebuje, protože vsadil na jiný způsob pohybu. Mění svůj vztlak přečerpáváním malého množství oleje z vnitřního zásobníku do malého měchýřku vně trupu, takže opakovaně klesá a stoupá. Změnou nastavení kormidel při sestupu a výstupu konstruktéři docílili toho, že se svislý pohyb mění v dopředný. Seaglider se tak pohybuje podmořským světem po obrovské vlnovce. Při každém vynoření předává získaná data přes satelit a současně pomocí navigačního kosmického systému GPS zjistí svou polohu. Při vynoření také může přijímat pokyny. Po skončení mise si jej jeho majitelé jen přijedou na určené místo vyzvednout.
Pod jedem na polární stanici
AUV se již poměrně běžně používají při plnění jednodušších úkolů, například získávání oceánografických, geologických a meteorologických dat. Existují také stroje, které monitorují výskyt podmořských zemětřesení a vznik obávaných vln tsunami. V armádě se zas podmořští roboti využívají především při hledání min a sběru informací o podmínkách v oblasti válečného konfliktu.
Vědci se je však snaží naučit ještě složitější úkony, aby mohly pod vodou plně nahradit člověka. Nejen proto, že sestupy lidí do hlubin jsou nebezpečné, ale také (či především) mimořádně nákladné.
Výrazným přelomem v nasazení AUV byl rok 1996, kdy robot Theseus dokázal samostatně natáhnout komunikační optický kabel mezi pevninovou základnou a 190 kilometrů vzdálenou výzkumnou stanicí na plovoucí kře v Arktidě. Jeho cesta se přitom odehrála v půlkilometrové hloubce oceánu pokrytého dvaapůlmetrovou vrstvou ledu – tedy bez možnosti vynoření a kontroly polohy. Stroj společně vyvíjely obranné a výzkumné instituce USA a Kanady od roku 1992.
V obávaném Bermudském trojúhelníku
Podmořským robotům se od roku 1996 trvale věnuje i britské Southampton Oceanography Centre. Jejich vývojová řada AUV Autosub má za sebou bezmála tři stovky misí, při kterých strávily pod vodou přes 700 hodin a bez doprovodu upluly 1812 kilometrů. Stejně jako Theseus se potápěly pod plovoucí kry (například při biologickém výzkumu), nechyběly ale ani ponory v obávaném Bermudském trojúhelníku a na dalších místech naší planety. Na palubu poslední verze je možné zabudovat nejrůznější vědecké přístroje vážící až 100 kilogramů.
Velké zkušenosti z vývoje a stavby AUV má americký MIT (Massachusetts Institut of Technology), kde tyto přístroje konstruují již od počátku 90. let. V roce 1993 operoval jejich podmořský robot Odyssey v Antarktidě a v roce 1994 následoval program Odyssey II, při němž byla nová generace AUV testována v arktickém Beaufortově moři. Vylepšený Odyssey IIc má za sebou již půl tisícovky samostatných výprav do světa ticha.
Odborníci z Laboratoře AUV v MIT nyní pracují na třetí generaci nazvané Delphini/Odyssey III. Tento robot by měl mít modulární stavbu, takže jej bude možné snadno adaptovat pro nejrůznější úkoly. Vedle toho zde vyvíjejí také robotické plavidlo pro samostatný sběr dat na hladině ASC (Autonomous Surface Vehicle – autonomní povrchové zařízení).
Jak se hledají vraky a potopená města
Vědci z MIT také poprvé zkusili použít podmořského robota v dosud neobvyklé roli – jako podmořského archeologa. Vypracovali technologii zobrazování a rozpoznávání trojrozměrných objektů pomocí ultrazvukového sonaru a pokusně jí vybavili malého podmořského robota Xanthos. Během letní sezóny s ním pravidelně přijíždějí do Středozemního moře, kde jej vypouštějí u pobřeží Itálie a Řecka. V této kolébce evropské civilizace je mořské dno poseto památkami po antických i pozdějších kulturách a robot má za úkol jejich vyhledávání a identifikaci. Cílem však není jen vyzkoušet novou technologii podmořské archeologie, ale také získat zkušenosti a vypracovat metodiky využití robotů při tomto druhu vědecké práce.
První výzkumy probíhaly na potopených vracích u italského pobřeží, maximálně do hloubky 30 metrů. Společně s americkými vědci se jich zúčastnili i italští archeologové, kteří pomáhali porovnávat údaje získané robotem se skutečnou podobou vraků. Během první akce u Toskánského souostroví například robot Xanthos při 23 ponorech strávil pod vodou téměř 9 hodin, prozkoumal více než milion čtverečních metrů dna a přinesl na hladinu 7 GB sonarových záznamů pořízených na zajímavých archeologických lokalitách. Archeologové pak záznamy porovnávali s podobou míst známých z ponorů pomocí potápěčské výstroje.
Výsledky expedice tak prohloubily znalosti o archeologických lokalitách a současně pomohly zpřesnit vyhodnocování sonarových dat pořízených robotem pod hladinou.
Při pozdějších expedicích u břehů Itálie a Řecka se postupně prodlužovala doba i hloubka ponoru, takže v budoucnu bude možné takto zkoumat například lodní vraky v hloubkách jen obtížně dosažitelných dosud běžnými metodami. Je to o to významnější, že v chladných hlubinách málo oživených ničivými organismy jsou staré vraky pravděpodobně v mnohem lepším stavu než v mělkých vodách, kde byl výzkum klasickými metodami podmořské archeologie dosud obvykle prováděn.
Mistrovství podmořských automatů
Dnes se vývojem AUV zabývá nejen řada profesionálních pracovišť, ale také jednotlivci a studentské týmy. V USA pro ně již řadu let organizace AUVSI (Asotiation for Unmanned Vehicle Systems International) pořádá mezinárodní soutěž, která je má povzbudit, umožnit výměnu zkušeností ale také pobavit.
Podle propozic musí robot v bazénu nebo přírodní nádrži vyplout z určitého bodu, zcela samostatně pod hladinou vyhledat určený cíl, obeplout potrubí a vyznačit na něm poškozená místa a dorazit do cíle. Organizátoři přitom očekávají, že by to vše nemělo trvat déle než čtvrt hodiny. Za splněné úkoly (například počet nalezených vad na potrubí) jsou uděleny bonusy, za chyby (třeba předčasné vynoření, náraz atd.) trestné body. Hodnotí se ale i hmotnost stroje na suchu a jeho rozměry. Příliš „obézní“ roboti, přesněji ti, kteří mají nad 63,5 kilo, jsou diskvalifikováni a naopak čím menší a lehčí, tím víc dostanou bonusových bodů. Organizátorům soutěže přitom samozřejmě nejde o nezdravou nadváhu, ale o ocenění miniaturizace.
Soutěž podmořských robotů proběhne již po osmé a zájem ze strany studentských týmů je velký – loni jich bylo 17. Kromě strojů z USA soutěžila také zařízení pocházející z Kanady a Francie. V minulém ročníku vyhrál podmořský robot Orca-VII z MIT, který jako vůbec první v celé historii soutěže splnil bezezbytku všechny úkoly.
Základní parametry některých AUV
Theseus (USA, Kanada)
délka: 10,7 m
průměr: 1,27 m
hmotnost: 8,6 t (včetně 220 km kabelu)
rychlost: 4 uzle
akční rádius: 780 km
max. hloubka: 1000 m
zdroj energie: stříbrozinkové akumulátory 360 kWh
Xanthos (USA)
délka: 2,2 m
průměr: 0,58 m
hmotnost: 200 kg
maximální hloubka ponoru: 3000 m
maximální rychlost: 5 km/h
maximální doba ponoru: 4 hodiny
akční rádius: 22 km
zdroj energie: stříbrozinková baterie 1,2 kWh
Seaglider (USA)
délka: 1,8 m
průměr: 0,3 m
rozpětí řídících ploch: 1 m
hmotnost: 52 kg
maximální hloubka ponoru: 1000 m
průměrná rychlost: 20-25 km za den
maximální doba mise: 6 měsíců
přibližná cena: 100 000 USD
Sanpa (USA, Rusko)
délka: 1,8 m
průměr: 0,7 m
hmotnost: 110 kg
max. hloubka: 1000 m
rychlost: 2 uzle
akční radius: neomezený
zdroj energie: solární fotovoltaické panely
Autosub (GB)
délka: 7 m
průměr: 0,9 m
max hloubka: 1600 m
maximální doba mise: 6 dní hod
akční rádius: 500 km
zdroj energie: Mn alkalická baterie
Orca-VII (USA – studentská práce)
délka: 1,22 m
šířka: 0,7 m
hmotnost: 45 kg
max. hloubka: 80 m
zdroj energie: 20 NiMH akumulátorů, 24 V
