Autonomía oceánica: Noruega en primer plano

Concepto de buque portacontenedores Yara Birkeland de Kongsberg. (Imagen: Kongsberg)

Profesor Asgeir Johan Sørensen (Foto de NTNU AMOS, por Thor Nielsen)

El concepto Freedom de Oceaneering, presentado en forma de modelo impreso en 3D en la conferencia de Subsea Valley en Oslo. (Foto: Elaine Maslin)

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Los sistemas autónomos marinos que trabajan independientemente y en sistemas conectados se están convirtiendo rápidamente en un sector en crecimiento dentro del espacio de la industria oceánica, incluida la industria del petróleo y el gas.

La aparición de nuevos sistemas marinos autónomos parece ser una ocurrencia semanal. A medida que los costos se han reducido en numerosas áreas, desde los sensores hasta los satélites, algunos de estos sistemas también están llegando al alcance de los ciudadanos comunes, así como a los oceanógrafos, que buscan descubrir los secretos de las profundidades.

Parte del impulso para estos sistemas, al menos en la industria del petróleo y el gas, es reducir el uso de buques de superficie tripulados, que son costosos de operar y emiten humos, en el mejor de los casos.

Un objetivo establecido para la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) de Noruega es reducir el uso de embarcaciones de superficie en un 80 por ciento en varias operaciones de petróleo y gas. El Centro de Operaciones y Sistemas Marinos Autónomos (AMOS) de la NTNU tiene la tarea de encontrar soluciones para cumplir con ese objetivo, así como objetivos para aumentar el mapeo y la cobertura de monitoreo en 10 a una décima parte del costo. Otro objetivo es "operaciones marinas seguras en cualquier lugar y en cualquier estado del mar a una décima parte del costo", dice Asgeir Johan Sørensen, profesor y director de AMOS.

Noruega tiene otros incentivos para producir tecnologías oceánicas avanzadas. El país tiene áreas oceánicas de cinco a seis veces más grandes que su masa de tierra, dice Sørensen. Sus industrias clave abarcan la pesca, el transporte marítimo y, durante los últimos 50 años, el petróleo y el gas. "Nos estamos moviendo ahora hacia la eólica y la acuicultura en el mar", dice Sørensen. "Para ser competitivos, nosotros (los noruegos) siempre tenemos que tener alta calidad y bajo costo", por lo que las empresas están explorando el uso de sistemas autónomos. "Noruega también tiene una gran responsabilidad cuando se trata de gobernanza y gestión de los océanos, incluso en el Ártico".

Inicialmente, fue el trabajo en el sector del petróleo y el gas, para evitar el riesgo para los buzos, lo que llevó a Noruega a buscar tecnologías submarinas operadas a distancia. Ha sido más recientemente que la industria ha estado buscando desarrollar sistemas submarinos más autónomos, desde equipos de procesamiento hasta vehículos submarinos, como el seguimiento de tuberías de vehículos autónomos bajo el agua.

En el último año, Statoil de Noruega ha estado trabajando en conceptos de vehículos para residentes submarinos, desplegando dos vehículos operados por control remoto (ROV), uno de Oceaneering con sede en Houston (el e-Novus) y uno de IKM con sede en Noruega, en varias semanas e incluso despliegues mensuales. Sin embargo, aunque estos despliegues significaron que los vehículos eran autónomos en el sentido de que ya no necesitaban un buque de apoyo, todavía estaban amarrados y operados por el personal en tierra.

El siguiente paso serán vehículos que puedan funcionar sin ataduras, como el nuevo concepto Freedom de Oceaneering, que se presentó en la Conferencia de Subsea Valley en Oslo. Es un concepto de ROV residente, basado en un vehículo híbrido, que viviría en una estación de acoplamiento submarino y podría volar en misiones en modo conectado (operado por control remoto) o sin ataduras (autónomo). Tendría baterías a bordo que se recargarían en su estación de acoplamiento y una "revista" de herramientas que podría seleccionar. La firma espera realizar ensayos en el exterior con un prototipo, que se espera que tenga unos 3.3m de longitud, el próximo año, dijo Arve Iversen, gerente de operaciones de ROV, en Subsea Valley.

Sin embargo, se está haciendo mucho más para desarrollar sistemas autónomos. NTNU AMOS se estableció entre los Departamentos de Tecnología Marina e Ingeniería Cibernética en NTNU, trabajando con otros socios internacionales de investigación y compañías noruegas, como un Centro de Excelencia (CoE), apoyado por el Consejo de Investigación de Noruega, desde 2013 durante 10 años. Desde 2013, ya cuenta con 53 estudiantes de doctorado y múltiples otros spin-outs, incluida la firma de drones Scout, y BluEye, una compañía de observación ROV (drones comerciales submarinos más profundos), con facilidad de uso Go-Pro. Esta combinación de empresas da una idea de hacia dónde se dirige la investigación, es decir, redes interconectadas de sistemas.

Además de trabajar en la mejora de la inteligencia en los sistemas, como los sistemas de energía, haciéndolos más inteligentes para optimizar el consumo de energía y el uso de la batería, AMOS también está contemplando enjambres y sistemas heterogéneos, involucrando aviones aéreos y submarinos, así como autónomos no tripulados buques de superficie, que responderían en la infraestructura de satélite para la comunicación y la conectividad.

Por suerte, el costo de enviar un satélite al espacio se ha reducido, a $ 390,000- $ 520,000, dice Sørensen. "Si bien tienen una funcionalidad limitada y solo duran de tres a cinco años, son importantes para los sistemas autónomos", dice. "Podemos usar un satélite, enviar un dron, trabajar con barcos no tripulados, para operaciones conjuntas".

Noruega se está convirtiendo en un campo de pruebas para estas tecnologías, con varias áreas designadas como bancos de pruebas, incluido Trondheimsfjord en el norte de Noruega, Storfjord en la parte más al norte de Noruega occidental, un área con varios cruces de transbordadores considerados aptos para probar y desarrollar tecnología de sensores y sistemas de gestión, y Horten en el fiordo de Oslo en el sur de Noruega.

De hecho, Kongsberg, que está trabajando intensamente en envíos autónomos, incluido un barco portacontenedores "autónomo y completamente eléctrico", Yara Birkeland, está trabajando con NTNU robot no tripulado, subacuático residente "spinner" serpiente Eelume. Kongsberg también está muy involucrado en una serie de otros proyectos (habiendo establecido su posición en el mercado autónomo de vehículos subacuáticos (AUV) con los AUV Munin y Hugin), incluido el Sea-Kit, un híbrido AUV-ASV, que contará con un Kongsberg Sistema de control de recipientes de superficie autónomos K-MATE.

Pero, debemos ser cuidadosos en la forma en que definimos la autonomía, en comparación con la automatización, dice Sørensen. "La automatización es la forma de realizar tareas bien definidas sin intervención humana. La autonomía es cuando se trata de un entorno no estructurado y la incertidumbre. Por lo general, uno entra con sistemas no tripulados cuando hay tres D: aburridos, sucios y peligrosos. Autónomo es cuando no tenemos enlaces y esa es la razón por la cual subsea está liderando este campo. Es (un sistema o vehículo) tiene que estar allí solo y tomar decisiones. Las misiones planificadas previamente no son autonomía. Es solo autonomía cuando ocurre un evento no planeado y tiene que tomar una decisión ".

También hay diferentes niveles de autonomía, dice y diferentes enfoques. Uno, el humano todavía está en el circuito. Dos, gestión por consentimiento, utilizando teleoperadores, un campo que comenzó en la industria espacial debido al retraso en la transmisión de señales. Tres, gestión por excepción. "Muchas plataformas de petróleo y gas e instalaciones en alta mar están en el nivel tres, gestión por excepción. En el barco, hay miles de señales solo para controlar la planta de energía. Entonces el sistema es más o menos autónomo. Cuatro, altamente autónomo. Sørensen dice que totalmente autónomo tiende a no ser utilizado; la discusión se vuelve más bien filosófica.

Cómo se implementa la autonomía también puede tomar diferentes formas. Las plataformas pueden sentir y luego actuar, o sentir, modelar, planificar y luego actuar. Si bien algo como el sistema de administración de energía de Kongsberg para el posicionamiento dinámico tiene autonomía, no es tan capaz de reconfigurarse y tomar decisiones deliberativas, dice Sørensen, dando un ejemplo. Del mismo modo, una plataforma no tripulada no es autónoma, es reactiva, dice. Podría hacerse más autónomo al introducir una arquitectura de control deliberativo. Da un paso más y el sistema puede aprender al sentir y al hacer.

Críticamente, la conciencia situacional debe ser incorporada, para proporcionar un alto nivel de autonomía. "Esa es una de las áreas cruciales relacionadas con la tecnología de los sensores", que influye en la perceptibilidad del entorno que puede tener un sistema. "¿Es capaz de percibir y sentir información y luego comenzar a proyectar esa información en el futuro (es decir, hacer predicciones y actuar sobre ellas)? Esa es una de las áreas de investigación cruciales en las que estamos trabajando ".

Ejemplos de esto incluyen los sistemas de mapeo que pueden detectar, por sí mismos, cualquier laguna en los datos que han recopilado y regresar y completarlos durante una misión. Un sistema inteligente como este se usó para rastrear el plancton en la columna de agua, después de haber tenido que encontrar el plancton y luego seguirlo. Estas capacidades serán cruciales cuando los sistemas están trabajando con y alrededor de los sistemas de petróleo y gas submarinos, que se espera que sean una de las principales áreas donde se requieren sistemas autónomos, junto con la ciencia oceánica, dice Sørensen.

Cualquiera sea el propósito, ya sea exploración de petróleo y gas, desarrollo de energías renovables o acuicultura, transporte marítimo o ciencia oceánica, el rango y la capacidad del equipo submarino y los sistemas auxiliares y de soporte se expanden día a día, ayudados por desarrollos en TIC, nanotecnología e incluso biotecnología (para el movimiento de serpiente utilizado por Eelume, por ejemplo), incluidos nuevos materiales, sistemas microelectro-mecánicos y big data. Como ejemplo, se están desarrollando sistemas que podrían detectar y distribuir fuerzas a lo largo del cuerpo de un vehículo submarino, para compensar o reducir el arrastre, dice Sørensen. También cita sistemas de micro y macro de detección y detección, y sistemas de visión artificial que utilizan detección hiperespectral que puede tomar cualquier longitud de onda para clasificar y detectar cosas que no hemos podido antes. Las posibilidades son vastas

Sørensen también ve una "democratización" de este espacio. Con satélites más baratos y drones submarinos comerciales disponibles para el público, "todos pueden ser científicos oceánicos". Es una disponibilidad oportuna de tecnología, dice Sørensen. "Todos deberían conocer los océanos y cómo los cuidamos". Al poner plásticos en el océano, no nos saldremos con la nuestra, el público lo verá cada vez más.

"Vemos que existe un gran potencial para los sistemas autónomos no tripulados, desde el espacio hasta el fondo marino para el mapeo y el monitoreo de los océanos", dice Sørensen.

Cómo se gobernará y regulará este mundo aún por responder. También hay preocupaciones sobre la seguridad cibernética. Pero, las personas también necesitan mirar sus modelos de negocio, dice Sørensen. "Donde sea que estés sentado, me preocuparía mi modelo de negocio. Hay cambios en curso, necesitas estar despierto ", dice Sorensen.


(Según publicado en la edición de abril de 2018 de Marine Technology Reporter )