3. Подводные роботы

Человек с неослабевающей энергией продолжает изучать и осваивать подводный мир. Это и понятно. Дно морей и океанов богато ценными полезными ископаемыми. В толще мирового океана содержится огромное количество пищевых и лекарственных веществ.

Однако организация деятельности человека в морях и океанах (как на глубинах, так и на дне) в широком масштабе просто немыслима без самого широкого привлечения разнообразных роботов всех поколений, в особенности очувствленных и интеллектуальных роботов. Это обусловлено, главным образом, тем, что непосредственная деятельность человека под водой даже на малых глубинах часто сопряжена с опасностью для жизни или малоэффективна, а на больших глубинах вообще невозможна. Специфика подводной среды и, в частности, большая неопределенность относительно условий подводного функционирования и самих объектов деятельности приводит к тому, что задачи, возлагаемые на подводных роботов, оказываются весьма сложными. Их решение требует специального (и притом достаточно богатого) очувствления робота, а в некоторых случаях - элементов искусственного интеллекта.

Очувствленные роботы стали особенно широко использоваться после удачного подъема в 1966 г. с помощью телеуправляемого манипуляционного робота CURV американской водородной бомбы, затонувшей на глубине свыше 750 м у берегов Испании. Этот робот получил столь ответственное задание после того, как он уже успешно поднял со дна около 40 учебных и экспериментальных ракет и торпед. В качестве органов чувств робота использовались две телевизионные камеры вместе с осветительными лампами. Связь робота с надводным кораблем обеспечения осуществлялась с помощью кабеля, по которому передавались сигналы прямой (подача необходимой энергии, управляющие воздействия) и обратной (видеосигналы) связи.

В настоящее время существует более двадцати разновидностей подводных роботов с различной степенью очувствления и автономности. В этих роботах в качестве органов чувств используются тактильные, телевизионные, ультразвуковые датчики, а также гидролокаторы, навигационные приборы и т. п.

Исполнительная система таких роботов обязательно включает автоматические средства передвижения под водой или по дну.

Наибольшее распространение в настоящее время получили биотехнические очувствленные роботы, используемые, главным образом, в копирующем или супервизорном режимах. Однако по мере развития средств очувствления и совершенствования управляющей системы возрастает роль автоматического режима. В отдельных случаях использование полностью автономных очувствленных роботов является необходимостью. Но в большинстве подобных задач, по-видимому, наиболее перспективны и. рентабельны именно биотехнические очувствленные роботы с различной степенью автономности в зависимости от характера выполняемых операций.

Примером биотехнического подводного робота второго поколения является макетный образец очувствленного манипуляционного робота, созданного Институтом океанологии АН СССР, Ленинградским политехническим институтом. Манипулятор этого робота имеет пять степеней свободы. В качестве исполнительных приводов используются гидравлические следящие системы. Очувствленный схват оборудован шестью тактильными датчиками, в качестве которых используются магнитоуправляемые контакты, а также специальными контактными датчиками, в которых механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов. К средствам очувствления относится также телевизионная установка вместе с системой подсветки. Средства связи человека-оператора и робота реализованы с помощью системы целеуказания и пульта управления. Экспериментальная проверка работоспособности этого робота в режиме супервизорного управления показала возможность решения следующих задач: целеуказание "интересных" объектов на экране видеоконтрольного устройства (дисплея); локальный поиск объекта тактильными датчиками схвата путем сканирования по дну; определение размеров объекта путем его ощупывания; взятие объекта схватом и перенесение его в бункер робота.

Во Франции построено и успешно прошло испытание судно-робот Теленот. Этот робот оснащен манипулятором, способным перемещать грузы с массой до 50 кг. Он позволяет выполнить разнообразные операции на глубине до 1 км.

Еще более совершенный подводный робот применяется международной нефтяной компанией Шелл. Этот робот осуществляет бурение нефтяных скважин, рытье колодцев на больших глубинах, прокладку подводных нефтепроводов. Масса этого робота составляет почти 3 тонны, высота - 7,5 м. Управление этим подвижным роботом осуществляет человек-оператор с поверхности.

С помощью очувствленных роботов-водолазов ученые надеются решить грандиозную задачу по разведке и разработке гигантской алмазной жилы, которая, по прогнозам геологов, проходит по дну океана между побережьем Южной Африки и Бразилией. Любопытно отметить, что по оценкам геологов все мировые запасы алмазов во много тысяч раз меньше тех, что скрыты под водой.

Говоря о подводных роботах, необходимо подчеркнуть, что специфические свойства подводной среды накладывают довольно жесткие ограничения на их структуру и функционирование. Существенным фактором является наличие высокого гидростатического давления, что создает дополнительные силы и моменты как в виде непосредственной нагрузки, так и в виде сопротивления движению. Определенную роль при управлении движением исполнительных механизмов подводных роботов играют и гидравлические факторы. Большие затруднения вызывает плохая видимость в рабочей зоне. В таких условиях становится неэффективным или даже невозможным супервизорный режим управления, когда наблюдение за интересующими нас объектами ведется телевизионными средствами.

Как известно, в подводной среде не распространяются обычные радиоволны. Это приводит к дальнейшим осложнениям. И хотя локацию окружающих объектов и связь можно организовать на гидроакустическом принципе, тем не менее зачастую приходится прибегать к сложной и громоздкой проводной связи. Кабели связи (которые зачастую играют роль троса для аварийного подъема) мешают движениям исполнительных механизмов робота. Поэтому в некоторых случаях применяется беспроводная связь с помощью специальных плавающих на поверхности буев, которые преобразуют гидроакустическую информацию, передаваемую под водой, в радиосигналы.

Все это свидетельствует о большой сложности автоматизации работ под водой. Тем не менее уже в ближайшем десятилетии можно ожидать появления подводных роботов, с помощью которых станет возможным решение таких задач, как картографирование морского дна, геологическая разведка и добыча полезных ископаемых, строительно-монтажные и аварийно-спасательные работы, изучение флоры и фауны мирового океана и т. п. Перспективы развития и использования очувствленных роботов весьма велики, без них немыслим прогресс в решении важнейших научно-технических проблем освоения морей и океанов.