Швейцарский стартап Hydromea придумал подводный WLAN

Использование подводных дронов избавит людей от ненужного риска и позволит снизить накладные расходы. Hydromea

Эта технология может стать особенно интересной для компаний, добывающих энергоносители на шельфе.

Русскоязычную версию материала подготовил Игорь Петров.

Швейцарский стартап Hydromea придумал технологию, позволяющую осуществлять беспроводную связь формата WLAN (беспроводная локальная сеть) под водой. Она может стать огромным подспорьем для реализации научных и коммерческих подводных проектов как в Швейцарии, так и во всем мире. 

Подводный мир, как известно, остается во многом все еще до конца не открытым и не исследованным. Парадоксально, но факт: мы хорошо знаем о том, что происходит на Марсе, а вот информации о жизни на дне мирового океана у нас куда меньше.

«Подводный мир невозможно изучать со спутников. Вода очень хорошо поглощает радиоволны. Поэтому изучение подводных глубин возможно только при наличии очень дорогих и сложных спецтехнических средств», — объясняет немец по происхождению Александр Бар (Alexander Bahr), глава стартапа HydromeaВнешняя ссылка, инженер-электронщик по образованию. 

«Наблюдение за озерами и морями все еще приходится осуществлять с надводных судов. Обычно измерительный зонд опускают на глубину на тросе, затем с помощью электрокабеля подсоединяют к измерительным приборам. Кроме того, замеры можно производить только точечно, здесь и нигде больше. Поэтому собранная таким образом информация, как правило, весьма ограниченна и фрагментарна».

С целью преодоления этой проблемы швейцарский стартап придумал специальный модем, который осуществляет передачу данных, а также обеспечивает возможность беспроводного дистанционного управления роботизированными механизмами. 

Подводные автономные зонды

Увлеченный океанологией и робототехникой, к разработке первого прототипа беспилотного подводного движущегося аппарата Александр Бахр приступил уже почти двадцать лет назад в Австралии. Реализацию проекта он продолжил в Швейцарии, в Федеральном технологическом институте в Лозанне (EPFL), где он работал в статусе постдока.

В 2014 году вместе со своим соотечественником Феликсом Шиллом (Felix Schill), также постдоком EPFL он основал в городе Рененс (Renens) недалеко от Лозанны стартап Hydromea с целью создания и вывода на рынок подводных беспилотных роботов-зондов. Их подводные беспилотники длиной около 70 сантиметров способны погружаться на глубину до 300 метров. Время автономной работы — шесть часов.

Первоначальной целью была разработка автономных подводных измерительных зондов, которые могли бы использоваться университетами, научно-исследовательскими и внедренческими центрами, да и просто любыми коммерческими компаниями для сбора определенных типов данных, таких как температура воды, степень содержания в ней кислорода, а также степень замутнения, кислотности или солености воды, включая уровень концентрации в ней водорослей, бактерий или иных загрязняющих (инородных) веществ (существ, субстанций).

Управление зондами — самая сложная задача

Изначально предполагалось использовать для таких целей сразу несколько беспилотных автономных зондов. Используя вмонтированные в них видеокамеры, ученые могли бы получать трехмерные изображения анализируемого пространства, собирая эмпирические данные одновременно в разных точках этого пространства.

«Вода — это очень динамичная стихия, которая отличается порой непредсказуемыми течениями и колебаниями температуры. Используя целую эскадрилью беспилотных роботов-зондов, мы могли бы получать гораздо более полную и ясную картину царящих на глубине условий. Например, мы могли бы проанализировать, как вода из очистных сооружений попадает в озеро или как речная вода впадает в море и смешивается там с морской водой», — говорит А. Бар.

Первый подводный дрон Vertex от швейцарской компании Hydromea. swissinfo.ch

Однако пока, при всей его перспективности, коммерциализировать этот проект не удается. Почему? До последнего времени оставалась нерешенной, наверное, главная проблема: как подключить подводные беспилотники к некоему центру управления, откуда ими можно было управлять дистанционно по беспроводной радиосвязи? Подводные роботы, разрабатываемые до сих пор, как правило, управляются дистанционно при помощи кабеля. Такой вариант ограничивает маневренность подводных аппаратов: с их помощью нельзя подробно осматривать сложные подводные сооружения, кроме того, они, сидя на «поводке», не в состоянии отклоняться от заранее заданного курса. 

Синий свет стал решением

«В воздухе беспилотные летательные аппараты могут дистанционно управляться по радио и отслеживаться глобальными системами позиционирования (GPS). Но в воде эти технологии не работают. Сигналы в воде могут передаваться в формате акустических волн, но такая связь очень медленная, информация поступает тогда с большой задержкой, — говорит А. Бар. — Дистанционно управлять роботом под водой таким образом невозможно. Передача видео-сигнала также осложняется, потому что под водой мы в лучшем случае можем добиться скорости всего в несколько килобит в секунду».

Специальное приемопередающее устройство, называемое Luma, может обеспечивать обмен данными со скоростью около десяти мегабит в секунду на расстоянии около 50 метров. swissinfo.ch

Решением стали лучи синего света. Они имеют самую короткую длину волны и при этом самую высокую энергию, поэтому синий свет также называют HEV-светом или высокоэнергетическим видимым светом. С опорой на эти данные стартап Hydromea разработал самую первую в мире подводную беспроводную сеть WLAN, которая для передачи данных использует мощные cветодиодные лампы.

Подводные беспилотники подключаются к модему, который, как обычный фонарик, проецирует синие лучи. Этот свет в силу своих физических особенностей, лучше всего преодолевает воду. Специальное приемопередающее устройство, называемое Luma, способно обеспечивать обмен данными со скоростью около десяти мегабит в секунду на расстоянии около 50 метров.

Такая технология позволяет дистанционно управлять автономными подводными аппаратами из некоего центра управления, находящегося в надводном положении, и осуществлять потоковую передачу большого объема данных в режиме реального времени, предоставляя в распоряжение ученых высококачественные фото- и видеоизображения.

Ничто не мешает при этом опускать такие устройства на глубину и соединять их с центром управления опять же при помощи кабеля. Но теперь мы уже имеем на требуемой глубине целый рой автономных зондов, которые могут самостоятельно производить замеры, осмотры объектов или сбор иных данных.

Остаемся в Швейцарии!

Данное инженерно-техническое решение может быть особенно интересно для компаний, занимающихся добычей энергоносителей на шельфе. Поэтому не удивительно, что в середине октября 2020 года компания Hydromea объявила о привлечении на свой проект крупных инвестиций от Шотландского центра нефтегазовых технологий (Oil & Gas Technology Center, OGTC).

Такие беспроводные подводные роботы будут скоро протестированы в рамках шестилетнего испытательного проекта, в котором также примет участие нефтяная компания Total. Первоначально роботы будут использоваться для инспекционного осмотра опасных замкнутых пространств, таких как резервуары с балластной водой, на судах и объектах нефтегазовой промышленности. 

Небольшие желтые подводные дроны можно было бы также использовать для проверки технического состояния плотин, электростанций, мостов или подводных кабелей. По словам А. Бара, использование подводных БПЛА избавит людей от ненужного риска и позволит снизить накладные расходы. «Стремительный рост числа морских ветряных электростанций в Северном море в ближайшие годы может стать для швейцарских подводных роботов надежным рынком сбыта», — надеется А. Бар.

Однако покидать Швейцарию компания Hydromea не намерена. «Конфедерация не имеет выхода к морю, поэтому это, может быть, и не самое идеальное место для разработки подводных беспилотных зондов. С другой стороны, здесь, в комфортной инновационной среде, созданной вокруг лозаннского EPFL, мы можем искать и привлекать к работе лучших специалистов в области точного машиностроения, электроники и робототехники. Здесь таких инженеров найти куда легче, чем где бы то ни было в Европе. Они интересны нам, и я думаю, что мы тоже интересны им, потому что мы создаем что-то, чего не делает еще никто в мире».