المستقبل: الحكم الذاتي روبوت هال الاستمالة

بدن ذاتية الحكم الاستمالة الروبوت واجهة المستخدم. الصورة مجاملة نظم جرينسيا

عامين من الاستمالة. الألواح المطلية مقاس 6 بوصة × 12 بوصة يتم إعدادها أسبوعيًا (أعلى) مقارنةً باللوحات التي يتم تركها بدون إعداد (أسفل). الصورة مجاملة نظم جرينسيا

روبوت التهيأ على سفينة صغيرة على جانب الرصيف كما صورت بواسطة مركبة أخرى للتهيأ.

Previous Next

للوقود الأحيائي بدن السفينة تأثير كبير على جاهزية الأسطول وأداء السفينة والتكلفة والبيئة. ينتج عن التخليق الأحيائي زيادة السحب الهيدروديناميكي مما يؤدي إلى زيادة استخدام الوقود وانبعاثات أكبر لكل مسافة يتم قطعها عن الهيكل السلس هيدروليكيًا. دراسة شولتز ، وآخرون. وجدت أن معدل القاذورات النموذجي (FR) لسفينة طراز DDG-51 التابعة للبحرية الأمريكية ، FR-30 ، يزيد من استهلاك الوقود بنسبة 10.3 ٪ على DDG-51 سلس هيدروليكيًا. أظهرت النتائج أن تخفيض معدل التلوث هذا إلى FR-20 من شأنه أن يؤدي إلى وفورات قدرها 340 ألف دولار لكل سفينة وأكثر من ضعف ذلك عندما تم الاحتفاظ بدن السفينة في تصنيف قاذورات FR-10 ، مما يوفر البحرية الأمريكية ما يقرب من 800 ألف دولار لكل بدن سنويا. وعلى الرغم من أن مثل هذه الدراسات على السفن التجارية غير موجودة تقريبًا ، إلا أن التأثيرات الاقتصادية المشابهة للقاذورات تكون مؤكدة. أشار تقرير حديث إلى السفينة EMMA MAERSK ، وهي سفينة حاويات تبلغ مساحتها 397 مترًا ، والتي تقدر إنفاق حوالي 20 ألف دولار يوميًا على وقود الدفع المفقود نتيجة للوقود الحيوي.

ويرجع الأثر الاقتصادي للقاذورات أيضًا إلى أنشطة التنظيف والاحتواء التقليدية المكلفة. حددت دراسة أجريت في عام 2016 بتكليف من خفر السواحل الأمريكي ، تكلفة إزالة الوقود الحيوي الخفيف من بدن السفينة بمبلغ 0.33 دولار لكل قدم مربع (حوالي 3.55 دولار لكل متر مربع). بناءً على هذا التقدير ، فإن إزالة الوقود الحيوي بالكامل من DDG-51 ستعمل بأكثر من 10 آلاف دولار ، بينما تبلغ تكلفة إزالة الوقود الحيوي من سفينة حاويات من فئة Panamax أكثر من 98 ألف دولار. هذه التقديرات خاصة بطرق التنظيف التقليدية ، والتي تؤدي إلى انخفاض الطلاء الوهمي المستخدم في مقاومة القاذورات ، مما يؤدي إلى الإرساء الجاف لإعادة الطلاء مرة كل بضع سنوات. رصيف جاف سفينة كبيرة قد تصل إلى 1 مليون دولار - 2 مليون دولار.

ولدى فولينغ أيضًا تأثيرات بيئية كبيرة ، من انبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة بزيادة تكاليف الوقود الدافع ، إلى السموم الناتجة عن التنظيف في المياه. تتطلب العديد من الدول الآن احتواء التنظيف في المياه أو حظر هذه الممارسة أثناء وجودها في الميناء. تعتبر عمليات التنظيف التقليدية المكثفة المستخدمة في تنظيف الأجسام المقلدة باهظة التكلفة وغير فعالة بالنسبة للعمليات وتُلحق الضرر بطبقة الهيكل وهي غير مقبولة بيئيًا. البديل لعملية التنظيف المكثفة الرجعية هو الإعاقة المنتظمة والشاملة للنمو على طلاء بدن السفينة بالفرشاة لطيف باستخدام فرش صغيرة ذات شعر ناعم. هذه العملية ، التي يشار إليها باسم الاستمالة بالبدن ، تشبه تنظيف الأسنان بالفرشاة كل يوم لتجنب زيارة طبيب الأسنان الشهرية وقناة الجذر السنوية. الأبحاث التي أجراها الدكتور جيفري سوين في مركز فلوريدا للتكنولوجيا للتحكم في التآكل والوقود الحيوي (FIT CCBC) كانت رائدة في منهجية وممارسة الاستمالة بالبدن ، مما يدل على أنها ممارسة فعالة من حيث التكلفة للسيطرة على التزويد الحيوي ، مع إطلاق عدد أقل من السموم في الماء من التنظيف. نظرًا لأن تنظيف الهيكل لا يؤدي إلا إلى فرش هيكل السفينة برفق ولا يزيل الطلاء ، فإن الاحتواء ليس ضروريًا ويمتد عمر الطلاء الأصلي ، مما يطيل الفترة بين الإرساء الجاف المكلف. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الاستمالة بهيكل مع فرش خفيفة الوزن اتصال لطيف للغاية على بدن السفينة. يسمح هذا بالفرش المحمولة باليد والتي يمكن تشغيلها بسهولة بواسطة الغواصين أو حتى أدوات الفرش التي يمكن تشغيلها بواسطة روبوتات صغيرة محمولة على الزحف. عدم الحاجة إلى المعدات الثقيلة لإطلاق واستعادة أداة التنظيف ، مما يزيد من تكلفة التكلفة.

الاستمالة مركبة في العمل. الصورة مجاملة نظم جرينسيا

لكي تكون فعالة ، يجب إجراء الاستمالة بالبدن بانتظام مرة واحدة في الأسبوع أو أكثر ويجب أن تكون شاملة ، دون ترك أي فراغات أو إغفال. (مع الاستمرار في القياس السابق لفرشاة الأسنان ، تخيل تنظيف الأسنان بالفرشاة باستثناء عدد قليل من الأسنان - لا تزال زيارة طبيب الأسنان في مستقبلك.) متطلبات الانتظام والشمول لاستمالة البدن تمثل تحديات للقدرة على البقاء. على سبيل المثال ، تضم سفينة الفئة DDG-51 حوالي 22٪ من أسطول البحرية الأمريكية من حيث العدد وحوالي 22٪ من مساحة البدن المبللة. يعد إعداد المساحة المبللة الكلية لهذا الجزء من أسطول البحرية الأمريكية مرة واحدة في الأسبوع أمرًا لوجستيًا وماليًا دون استخدام وسيلة آلية للقيام بذلك. حتى مع وجود حل آلي ، يمكن أن يكون وقت الاستمالة أكثر من 15 ساعة لكل سفينة إذا كنت تستخدم روبوتًا صغيرًا واحدًا وتضمن 50٪ من مسارات الاستمالة.

ساهمت العديد من الجهود على مدى العقد الماضي في تعزيز قدرة الحلاقة الآلية. أنتجت هذه الجهود أدوات مثبتة ، وأساليب تنظيف ، ومنصات آلية ، وعمليات ضمان الجودة ، وطرق ارتباط غير مغناطيسية للسماح للروبوتات بالزحف على طول جسم السفينة. لماذا إذن ، بعد ما يقرب من عقد من البحث وما لا يقل عن 15 روبوتًا لتنظيف الهيكل متاحًا تجاريًا ، هل ما زلنا لا نملك حلاً جاهزًا حقًا لتبنيه من قبل مجتمع تربية السفن؟ السبب قديم قدم الإنسان الآلي. إلى أن يتمكن الروبوت من القيام بالمهمة كما هو متوقع مع الحد الأدنى من إدخال المشغل وإلى أن تكون العلاقة بين الإنسان والآلة هي الأمثل ، لا يكون الروبوت قابلاً للتطبيق في هذه المهمة.
يعتمد الروبوت الذي يمكنه القيام بالمهمة على ثلاثة اعتبارات أساسية: التنقل والتحكم والاتصال. التنقل: هل يستطيع الروبوت معرفة مكانه في البيئة بدقة وكيفية الوصول إلى المكان المطلوب؟ التحكم: هل يستطيع الروبوت المناورة ويعمل بدقة للمهمة؟ التواصل: هل يمكننا توصيل أوامرنا بطريقة مجدية إلى الروبوت وتفسير حالة الروبوت؟ الفشل في توفير تماما لأي من هذه الاعتبارات يمنع الحل الروبوتية الأمثل. هذا ، ونحن نشعر ، هو السبب في أنه لم يتم تسليم الحل الروبوتي الاستمالة بدن.

Greensea Systems، Inc. ، شركة برمجيات متخصصة في حلول الملاحة والتحكم والحكم الذاتي المتقدمة للروبوتات البحرية ، في شراكة مع فريق العناية بالبدن من FIT CCBC في عام 2017 لاستكشاف الحل الآلي الأمثل لاستمالة البدن. بتمويل من مكتب البحوث البحرية التابع للبحرية الأمريكية ، قام فريق Greensea و CCBC FIT بتطبيق نظام روبوتي أولي في عام 2018 يمكنه ضبط جسم السفينة بشكل مستقل مع القليل من مدخلات المشغل ، مع توفير دقة تحديد المواقع على الموقع التي تقل عن 0.15 م RMS. استخدم نظام النموذج الأولي هذا نظام ROV المتوفر تجاريًا ومزودًا بنظام توجيه وتحكم تم تطويره بواسطة Greensea وأداة لفرشاة الاستمالة طورتها شركة FIT CCBC.
ترافق Greensea مع حلول الملاحة ، واستخدمت وحدات برمجية متقدمة للتخطيط والاستقلال للوحدات المستخدمة للمركبات التي تعمل عن بعد (ROVs). توفر وحدات البرامج OPENSEA هذه الأدوات والقدرات اللازمة لتحديد المنطقة لتهيئتها ، والتخطيط لتغطية النظافة الشخصية ، وتنفيذ عملية التهييج المستقلة. يمكن للمشغل الإشراف كخبير في موضوع المواد (SME) أو ترك السيارة بمفردها لإجراء العملية دون مساعدة. دور الاستقلالية في عملية الحلاقة الآلية أمر بالغ الأهمية لصلاحية هذه العملية بسبب الوقت اللازم لضمان تغطية 100 ٪ على بدن السفينة.

لتوفير إمكانات التنقل والاستقلال للروبوت الاستمالة ، استفاد Greensea من OPENSEA ، منصة برمجيات الهندسة المعمارية المفتوحة الخاصة بهم. يستخدم روبوت الاستمالة ذو الهيكل المستقل نظام الملاحة بالقصور الذاتي والسونار متعدد الحزم لتوفير الوعي القائم على الميزات لموقف الروبوت على بدن السفينة. يتم تطبيق نظام الاستمالة في هيكل السيارة بالكامل في جرافة جرار غير مركبة ، بما في ذلك أنظمة الملاحة والتحكم ، والاستقلال الذاتي ، والسونار ، وأدوات النظافة الشخصية. يمكن لزلاجة الاستمالة التكيف بسهولة مع معظم روفس التجارية. تقوم Greensea بتسويق النظام في عام 2019 على VideoRay MSS ROV.

توفر واجهة مستخدم رسومية سهلة الاستخدام تم تطويرها من برنامج Greensea لفرق التخلص من الذخائر المتفجرة (EOD) التواصل مع الروبوت الضروري للفني لتخطيط وتنفيذ وتوثيق عملية الاستمالة بدن. توفر Hull Grooming Workspace عرضًا للتخطيط لعملية الاستمالة حسب المنطقة وتراكب السونار لتجنب العقبات والفيديو للحصول على وعي كامل بالحالة. المؤشرات الرسومية التي تظهر على الشاشة تسجل تقدم السيارة على الهيكل وتظهر مساحة التهيأ. تسمح مساحة العمل أيضًا للفنيين بحفظ واستعادة خطط الاستمالة وتسجيل العقبات والعوائق وتسجيل جميع البيانات للمحفوظات وإعادة التشغيل.
يتيح حل التنقل النسبي للبدن في Greensea روبوتات مستقلة لتطبيقات البدن وجعل الاستمالة في البدن بديلاً قابلاً للتطبيق في تنظيف المياه يكون فعالًا من حيث التكلفة ومسؤولًا بيئيًا. تقوم شركة Greensea بتسويق روبوت الاستمالة ذو الهيكل المستقل ، بالإضافة إلى تمكين تقنية التنقل والاستمالة ، في عام 2019.

حاشية: يود كل من Greensea و FIT CCBC أن يشكروا مكتب البحوث البحرية و DARPA على دعمهم للتطوير على روبوت الاستمالة الذاتي للبدن وكذلك تقنية الملاحة والتعريب المستندة إلى الميزات التي يستخدمها نظام الملاحة.

المؤلف
بن كيننامان هو المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Greensea Systems، Inc. ، وقد قضى حياته المهنية في الصناعة البحرية وأنشأ منصة البرمجيات المفتوحة OPENSEA التي يستخدمها Greensea لتطوير الروبوتات البحرية. [email protected]

بن كيننامان هو مؤسس ورئيس شركة Greensea Systems، Inc.