Vehículos no tripulados: 25 años de hitos

Se está lanzando un AUV de Hugin (Cortesía Kongsberg)

QUETEQ SEATScout Mk2 UUV de Norteamérica en ANTX 2018 (Cortesía de QinetiQ Norteamérica)

Los UUV de Riptide utilizan arquitecturas abiertas para habilitar a los usuarios (Cortesía de Riptide)

Un prototipo temprano de ASV (Cortesía J. Manley)

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A partir de 2019, la comunidad de tecnología oceánica celebra 50 años de Oceanology International, una reunión mundial y muestra de las herramientas y tecnologías utilizadas por la industria marítima, la ciencia y la defensa. En ese espíritu retrospectivo, es informativo mirar la historia de la comunidad de vehículos marítimos no tripulados (UMV). Si bien hay registros de desarrollos en este campo desde 1957, la era moderna se remonta a principios de la década de 1990. Una fuente clave de desarrollos tecnológicos fue el laboratorio autónomo de vehículos subacuáticos (AUV) de Sea Grant, que generó numerosos vehículos, lanzó a un líder de la industria y capacitó a muchos ingenieros que ahora están dando forma al campo en todo el mundo.

La evolución de los AUV, a veces conocidos como UUV, y los vehículos de superficie autónomos (ASV), a veces conocidos y USV, ilustran las influencias técnicas y comerciales. A medida que la tecnología ha madurado, las aplicaciones y el impacto en el negocio también han crecido.

AUVs entonces
A principios de la década de 1990, el MIT AUV Lab estaba trabajando con una serie de vehículos conocida como Odyssey Class. Estos tenían aproximadamente 21 pulgadas de diámetro y aproximadamente 2 metros de largo. Fueron diseñados para bucear a una profundidad de hasta 6.000 metros, pero deben ser relativamente asequibles y fáciles de implementar. Estos vehículos apoyaron muchas misiones científicas, incluyendo trabajos bajo el hielo en el Ártico y oceanografía en la Antártida. Un programa clave respaldado por estos vehículos, patrocinado por la Oficina de Investigación Naval (ONR), se conoció como la Red Autónoma de Muestreo Oceánico. Este pionero diseña para el acoplamiento de AUVs. Los experimentos en el mapeo de los fondos marinos y la caza de minas también se llevaron a cabo durante los primeros diez años del Laboratorio AUV. En 1997, se fundó Bluefin Robotics para hacer una transición de estas ideas a la industria, el primero de muchos fabricantes comerciales de AUV a seguir.
Los desarrollos tecnológicos de Odyssey tocaron todos los dominios. Los desarrollos principales en el control de vehículos no tripulados inspiraron a las comunidades de software de hoy. En particular, se lanzó la Suite de Operaciones Orientadas a la Misión (MOOS) en el laboratorio AUV del MIT a principios de la década de 2000. Otros desarrollos técnicos emprendidos fueron experimentos con módems acústicos tempranos y registros de velocidad Doppler (DVL). Los sistemas de carga útil también fueron integrados y evaluados. Los primeros sonares digitales de barrido lateral fueron un paso importante hacia los AUV de la encuesta de hoy. La primera integración de un perfilador de sub-fondo en un AUV también fue completada por el MIT AUV Lab durante su primera década.

Una AUV Odyssey equipada con un perfilador de sub-fondo temprano (Cortesía J. Manley) AUV Hoy

Los AUV vienen en numerosas formas y tamaños. Las tecnologías que estaban fuera de alcance hace 25 años son comunes. El vehículo Hugin es uno de los vehículos comerciales líderes en servicio hoy en día. Es ilustrativo de toda la comunidad, que ofrece un completo conjunto de sensores de carga útil que incluye sonar de barrido lateral, perfilador de sub-fondo, ecosondas multihaz, magnetómetros y cámaras. La carga útil emergente demostrada en Hugin incluye sonar de apertura sintética y escáneres láser. La solución de navegación para los AUV de Hugin utiliza la salida bruta de una unidad de medición inercial (IMU) integrada junto con otros sensores in situ disponibles procesados en tiempo real utilizando un filtro de Kalman. Estas son todas mejoras significativas de los primeros vehículos Odyssey que llevaban poco más que un sensor de temperatura y contaban los giros de la hélice para propósitos de posicionamiento submarino.

Comercialmente, Hugin y sus competidores están sirviendo a numerosos mercados. Los compradores militares usan AUV para la caza de minas y la oceanografía física. Los usuarios de la ciencia buscan naufragios y conductos hidrotermales. Pero el sector comercial más vibrante para los AUV es la energía marina. Tanto el petróleo y el gas como los renovables, como la energía eólica marina, emplean AUV para muchos tipos diferentes de misiones, desde la caracterización e inspección del sitio hasta la inspección de tuberías. La hidrografía marina y la pseudo-sísmica 3D, así como los estudios arqueológicos, también son aplicaciones comerciales comunes. Hoy en día, la encuesta AUV no solo se acepta, sino que se espera, en muchas aplicaciones marítimas.

Con el hecho de que los AUV de encuesta se conviertan en lugares comunes, la frontera emergente para los AUV incluye conceptos novedosos basados en la electrónica moderna, el diseño y las técnicas de fabricación. En SEAScout de QinetiQ North America vemos un enfoque compacto y simple. Gavia, de Teleynde, ofrece modularidad para la carga útil y los componentes del sistema, y la familia UUV de Riptide aprovecha los enfoques de código abierto para que sean especialmente fáciles de usar.

El SEAScout de QinetiQ North America es un UUV liviano, de tamaño A, muy pequeño, con una capacidad de carga útil reconfigurable que le permite realizar múltiples misiones marítimas como señuelos, boyas de entrada, neutralizadores, recopilación de datos, inteligencia, vigilancia y reconocimiento. La última generación de SEAScout ofrece resistencia mejorada, comunicaciones y precisión de navegación, así como nuevas cargas útiles. Este trabajo se basa en la integración exitosa de una carga útil acústica demostrada en ANTX 2018. Este nuevo UUV compacto está diseñado para ser utilizado fácil y fácilmente por marineros de la Marina de los EE. UU. Sin capacitación especializada, simplificando el empleo en misiones del mundo real.

Gavia de Teledyne usa un diseño mecánico / eléctrico único que permite que el vehículo se desarme en componentes más pequeños. Esto permite que el vehículo con clasificación de 1,000 metros se pueda desplegar fácilmente en todo el mundo. También brinda a los usuarios del vehículo la oportunidad de ampliar sus operaciones futuras con nuevos módulos de carga útil que son compatibles con versiones anteriores de los AUV creados antes de que estuvieran disponibles los sensores de carga útil. Esto se ha demostrado con los AUV entregados en 2008 que emplean nuevos módulos de carga útil construidos en 2018, diez años más tarde.

Gavia Modular AUV de Teledyne (Cortesía de Teledyne Marine)

Riptide Autonomous Solutions ha construido una familia de AUV. Comenzó con un microUUV y se expandió a variantes más grandes y de mayor calificación. Pero lo que importa es lo que está en el interior. El empleo de los últimos desarrollos en electrónica y software hace que los vehículos Riptide sean especialmente flexibles. Su arquitectura presenta interfaces abiertas de hardware y software para proporcionar a los usuarios una plataforma confiable y robusta para avanzar en el desarrollo de tecnología. Este mismo enfoque también ha permitido a la compañía adaptarse rápidamente y lanzar nuevos productos estándar en un plazo de 14 meses. Si bien este no es el ritmo de la electrónica de consumo, es un desarrollo de productos muy rápido. La comunidad AUV se está moviendo rápidamente en los próximos 25 años.

ASVs entonces
Al igual que con los AUV, el MIT fue una fuente de desarrollo temprano de vehículos de superficie autónomos (ASV). Hubo paralelos significativos con el trabajo de AUV. Los primeros prototipos en la década de 1990 no usaban GPS, carecían de WiFi y luchaban con la carga útil. Al igual que las AUV de Odyssey, estos vehículos utilizaron un enfoque totalmente autónomo sin ninguna interacción con el vehículo una vez que se lanzó una misión. Un área de innovación temprana en la superficie fue el uso de motores de combustión interna para propulsión. Estos primeros ASV se inspiraron por primera vez en la investigación pesquera, pensada como herramientas para rastrear peces marcados. Con el tiempo, el enfoque cambió a la encuesta hidrográfica, que se ha convertido en una de las misiones más comunes en la actualidad.

ASVs ahora
En los últimos años, los ASV han proliferado, especialmente los sistemas pequeños para uso en tierra. En el dominio de los sistemas oceánicos hay menos jugadores. ASV Global, ahora L3 ASV, fue pionero en esta área, especializándose en el desarrollo, suministro e integración de tecnología de buques de superficie no tripulados. Ofrecen una gama de sistemas USV completos de dos a quince metros de longitud. Además de la gama de productos L3 ASV, la compañía está emprendiendo proyectos para convertir barcos y pequeñas embarcaciones para operaciones no tripuladas. La amplia gama de productos permite a ASV proporcionar soluciones variadas y probadas al mercado para operaciones en entornos interiores, costeros y de alta mar. Han entregado más de 100 sistemas autónomos a más de 60 clientes en 15 países. Al igual que las AUV de encuesta, las ASV son ahora una herramienta comprobada.
La misión de la encuesta sobre el fondo marino sigue siendo una aplicación central para esta tecnología. En este dominio, ASV anunció recientemente una asociación con Fugro, un líder mundial en encuestas, para crear la próxima generación de embarcaciones autónomas para el mercado de encuestas comerciales. El desarrollo de esta nueva solución de embarcaciones autónomas ayudará a la industria de la encuesta a reducir la exposición del personal en alta mar y aumentar la eficiencia operativa al hacer que las operaciones sean más seguras y más rentables.
Vaso autónomo L3 ASV C-Worker 5 (Cortesía: L3 ASV)
Sistemas no tripulados moviendo los océanos hacia el futuro
Desde mediados de la década de 1990, Internet, el software y la electrónica sofisticada han transformado la vida en tierra. En el mar se han producido desarrollos igualmente transformadores. Los primeros AUV y ASV demostraron el potencial de los sistemas no tripulados para transformar las operaciones oceánicas en todos los sectores de la economía azul. Los primeros AUV proporcionaron resultados para la oceanografía, hoy en día sirven a diversos sectores y son un elemento fundamental de la encuesta en alta mar. Los ASV han evolucionado desde herramientas rudimentarias cercanas a la costa hasta plataformas relevantes a nivel mundial conectadas en red a operadores a miles de kilómetros de distancia. En 25 años se han desarrollado cientos de nuevos vehículos marítimos no tripulados. Cruzaron los océanos, descubrieron naufragios, encontraron minas y observaron cientos de miles de kilómetros de fondo marino.
El artículo visionario de Henry Stommel, La misión Slocum, se publicó en 1989. Anticipó flotas de vehículos autónomos que recorrían el océano en escalas de tiempo prolongadas y recopilaban nuevos conjuntos de datos oceanográficos sin precedentes. Ahora, 30 años después, con el éxito continuo de vehículos submarinos y de superficie no tripulados, la visión de Stommel se ha demostrado, si no se ha logrado.

Sobre el Autor
Justin Manley es un tecnólogo y ejecutivo con experiencia en startups, corporaciones, academia y gobierno. En Just Innovation Inc., apoya a los clientes con un enfoque en sistemas no tripulados.