Подводный робот

Подво́дная робототе́хника, как и робототехника вообще, — это наука и практика проектирования, производства и, в данном случае, применения роботов в подводной среде.

Что такое подводный робот?

Подводными роботами принято называть:

• телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА);
• автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА);
• глайдеры (подводный планер);
• дрейфующие буи-измерители (например, Арго);
• буксируемые и донные комплексы.

Уже в конце 1970-х гг., в понятие "подводный робот" вкладывалось нечто отличающееся от понятий "машина", "механизм", "автоматическая система". Тогда считалось, что: «Подводный робот - это кибернетическое комплексное устройство, имеющее внутреннюю память и самостоятельно ориентирующееся в окружающей обстановке». Согласно современному определению робот должен обладать определенной подвижностью и степенью (уровнем) автономности. Из эксплуатируемых сейчас изделий, наиболее автономными, то есть способными выполнять задачи по назначению на основе текущего состояния и восприятия внешней среды без вмешательства человека, являются дрейфующие буи-измерители. ТНПА наименее автономны и управляются операторами в реальном времени посредством телеуправления. АНПА передвигаются под своим собственным управлением, в соответствии с программой-заданием, подготовленной заранее, но с постоянным контролем операторами позиции, параметров движения и режима работы полезной нагрузки. Оператор может вмешаться в ход исполнения программы-задания, давать команды по беспроводному каналу связи, чаще всего, гидроакустическому.

Подводные роботы часто относятся к мобильным, однако среди действующих международных и разрабатываемых российских стандартов (на ноябрь 2019), касающихся мобильных роботов, подводные не упоминаются. В зависимости от задания, назначения и состава полезной нагрузки подводный робот может вести съемку или манипуляции: обследование подводных трубопроводов (Autonomous Pipeline Inspection), уничтожение морских мин (Single Sortie Detect-to-Engage), строительство и техническое обслуживание (IMR services, Intervention) в морской нефтегазодобыче.

Классификация

Подводными роботами часто называют необитаемые подводные аппараты, которые имеют уже сложившуюся классификацию, как в российском техническом регулировании, в некоторых других государствах, например, Норвегии, так и в международной практике.

Классификация роботов по ГОСТ Р 60.0.0.2-2016, затрагивает только наземные устройства и содержит примечание о том, что: "Классификация роботов космического, воздушного, надводного и подводного применения, а также детальные классификации отдельных видов наземных роботов должны быть определены в других стандартах".

21 марта 2017 г. в ГНЦ РФ ЦНИИ РТК состоялось совещание, посвященное стандартизации морских робототехнических комплексов и их элементов, но до 2020 г. стандартов, касающихся подводных роботов не было введено. В структуре технического комитета по стандартизации "Робототехника" существует Подкомитет "Морские робототехнические комплексы", который возглавляет ЦКБ МТ «Рубин». До 20.09.2019 г. велось обсуждение проекта стандарта ГОСТ Р 60.7.0.1–20ХХ"Морские робототехнические комплексы. Классификация ".

Морские робототехнические комплексы по виду продукции в процессе стандартизации соотносятся с ОКПД2 28.99.39.190 - Оборудование специального назначения прочее, не включенное в другие группировки.

Ведущие организации

На протяжении нескольких десятилетий подводными роботами занимаются в Вашингтонском, Саутгемптонском, Бергенском университететах, Университете Хериота-Уатта, Массачусетском технологическом институте и многих других. В России определенных успехов по теме добились: ФГБУ «ИПМТ ДВО РАН», Институт океанологии имени П.П.Ширшова РАН, МГТУ им. Баумана, ЦКБ МТ «Рубин» и другие.

Подводная робототехника и образование

Образовательная подводная робототехника

С начала 2000-х робототехника и подводная робототехника в частности, приобрели широкую популярность в качестве образовательной технологии, позволяющей обучать школьников и студентов по различным техническим направлениям (программирование, схемотехника, конструирование) и дисциплинам (гидроакустика, приборы, навигация, обработка сигналов, компьютерное зрение, манипуляторы и др.). Например, Учебно-научный молодежный центр "Гидронавтика" при МГТУ им. Н.Э. Баумана, студенческая команда ДВФУ и Центра развития робототехники.

Соревнования по подводной робототехнике

Технологические конкурсы по подводной робототехнике организуются как с целью поиска новых технических решений, например, Shell Ocean Discovery XPRIZE или AUV Fest, где могут участвовать и студенты, так и с преимущественно образовательными целями для студентов и школьников.

Соревнования по подводной робототехнике среди школьников и студентов

Название соревнования	Уровень	Год начала	Страна проведения	Тип роботов	Возраст участников	Основной организатор
Robosub	Международный	1998	США (Сан-Диего)	АНПА	Старшие школьники, студенты, аспиранты	Robonation
MATE ROV	Международный	2002	США (иногда Канада). Имеет сеть региональных этапов	ТНПА	Школьники, студенты	MATE Center
SAUC-E	Международный	2006	Европа	АНПА	Студенты, аспиранты	NEST
SAUVC	Международный	2013	Сингапур	АНПА	Школьники, студенты, аспиранты	IEEE OES Singapore
SeaPerch Challenge	Международный		США	ТНПА	Младшие школьники	Robonation
MATE Russia-Far East ROV Competition	Всероссийский	2015	Россия (Владивосток)	ТНПА	Школьники, студенты	Центр развития робототехники
ВРО Интеллектуальные АНПА	Всероссийский	2016	Россия (Иннополис)	АНПА	Школьники 8-11 классов	Центр робототехники, Университет Иннополис
Олимпиаде НТИ Водные робототехнические комплексы	Всероссийский	2017	Россия (Владивосток)	АНПА	Школьники 8-11 классов	Центр робототехники, ДВФУ
Аквароботех	Всероссийский	2018	Россия (Владивосток)	АНПА, ТНПА	Студенты, аспиранты, специалисты	ФПИ, ДВФУ, МГУ им. адм. Г.И. Невельского
Погружение в подводную робототехнику	Всероссийский	2018	Россия (Владивосток)	ТНПА	Школьники 1-4 классов	Центр развития робототехники
Кубок России по телеуправляемым подводным аппаратам	Всероссийский	2018	Россия (Астрахань)	ТНПА	Школьники, студенты, специалисты	Астраханское региональное отделение ФСС России
ИнтЭРА	Всероссийский	2019	Россия (Тула, Анапа)	АНПА	Школьники, 8-11 классов	Фонд содействия инновациям, Центр робототехники

Наборы и конструкторы подводных роботов

Применение подводной робототехники в образовании стало возможным как за счет целенаправленного развития тематических программ (SeaPerch) и проектов (OpenROV, MUR), так и благодаря развитию компонентной базы, появлению новых производителей  и удешевлению традиционно дорогих комплектующих для подводных роботов (движители, камеры, датчики, разъемы, кабель-тросы и др.) 

Литература

• Подводные роботы / В. С. Ястребов, М. Б. Игнатьев, Ф. М. Кулаков и др. Под общ. ред. В. С. Ястребова. Л.: Судостроение, 1977. - 368 с.
• Робототехника в России: образовательный ландшафт. Часть 2 / Д. А. Гагарина, С. Г. Косарецкий, А. С. Гагарин, М. Е. Гошин; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Институт образования. — М.: НИУ ВШЭ, 2019. — 96 с. — 200 экз. — (Современная аналитика образования. No 6 (28)).
• Ляхов Д.Г. Современные задачи подводной робототехники // Подводные исследования и робототехника. - 2012. - № 1. - С. 15-23.
• Солодихина А. А. Учебно-научный молодежный центр «Гидронавтика» // Физика для школьников. 2019. № 1. С. 35-39.
• Солодихина А. А., Ступин Р. С. Необитаемый подводный аппарат для сбора экологических данных, поиска затонувшей техники и габаритного мусора // Физика для школьников. 2019. № 1. С. 44-48.
• Ageev, M.D., Kiselev, L.V., Shcherbatyuk, A.P.: Tasks for autonomous underwater robot. Fifth International Conference on Advanced Robotics, 1991. ‘Robots in Unstructured Environments’, 91 ICAR, pp. 1360—1364, vol. 2 (1991)
• Whitcomb L., Yoerger D.R., Singh H., Howland J. (2000) Advances in Underwater Robot Vehicles for Deep Ocean Exploration: Navigation, Control, and Survey Operations. In: Hollerbach J.M., Koditschek D.E. (eds) Robotics Research. Springer, London
• C. von Alt et al., "Hunting for mines with REMUS: a high performance, affordable, free swimming underwater robot, " MTS/IEEE Oceans 2001. An Ocean Odyssey. Conference Proceedings (IEEE Cat. No.01CH37295), Honolulu, HI, USA, 2001, pp. 117—122 vol.1. doi: 10.1109/OCEANS.2001.968686
• Bellingham, J. G., & Rajan, K. (2007). Robotics in Remote and Hostile Environments. Science, 318(5853), 1098—1102. doi:10.1126/science.1146230
• Siesjoe, J. (2018). An Underwater Robotics Platform for Hybrid AUV/ROV Systems. Offshore Technology Conference. doi:10.4043/28900-ms
• Zereik, Enrica & Bibuli, Marco & Miskovic, Nikola & Ridao, Pere & Pascoal, Antonio. (2018). Challenges and future trends in marine robotics. Annual Reviews in Control. 10.1016/j.arcontrol.2018.10.002.
• Furlong, Maaten & Marlow, R & McPhail, S & Munafo, Andrea & Pebody, Miles & Phillips, Alexander & Roper, Daniel & Salavasidis, Georgios. (2018). OCEANIDS: Building Next Generation Maritime Autonomous Systems. 10.24868/issn.2631-8741.2018.003.