Roboti na dně

Ondřej Dvořák  |  Technika
Roboti na dně

Svět na dně moře připomíná mimozemskou krajinu. Dokonce tak jako ve vesmíru, i tady převzali práci lidí roboti. Robot Nereus jako třetí plavidlo v historii dosedl 31. května tohoto roku v hloubce 10 902 metrů na dno Mariánského příkopu v západní části Tichého oceánu. Nejhlubšího známého místa na Zemi poprvé dosáhl proslulý batyskaf Trieste s dvoučlennou posádkou v lednu 1960. Po všech korekcích a přepočítávání se soudí, že se ponořil do hloubky 10 911 metrů, což je doposud absolutní rekord. Oceánské dno není ploché a najít úplně stejné místo není prakticky proveditelné, proto každý z obou strojů dosáhl jiné hloubky.

Dvojtrupový robot Nereus, při jehož konstrukci se hojně uplatnily keramické materiály, dosahuje délky 4,25 metru při šířce 2,3 metru. Váží 2,8 tuny, což je výrazně méně než u jeho předchůdce. Pouze tlaku odolná koule pro posádku batyskafu Trieste vážila 13 tun. Protože robot nemusí zajišťovat vhodné podmínky pro naše křehké tělesné schránky, může být odolnější, lehčí, a tudíž výkonnější. Na rozdíl od klasických batyskafů má Nereus, pojmenovaný podle starořeckého mořského boha, muže s rybím ocasem, vlastní pohon.

Síro-lithiové akumulátory mu dodávají energii pro plavbu rychlostí 3 uzly, což odpovídá rychlé chůzi. Funguje jednak zcela samostatně, jednak ho pomocí světlovodného kabelu může řídit lidský operátor. Hydraulické rameno pracuje i za vysokého tlaku, takže odebíral vzorky také na dně Mariánského příkopu. O vhodnosti robotů pro podobné výzkumy svědčí i nepříliš známý osud dálkově řízené japonské ponorky Kaiko, druhého plavidla, jež dosáhlo nejhlubšího místa na Zemi.

V roce 1998 při ponoru do Mariánského příkopu dosáhla hloubky 10 897 metrů, kde odebrala vzorky bakterií. Roku 2003 zmizela během tajfunu beze stopy, protože se přetrhlo lano, na kterém byla upoutána. Osud případné lidské posádky by jistě přitáhl velkou pozornost a zaplňoval by přední místa ve zpravodajství všech typů. Autonomní robot s dobrým softwarem by nejspíš obdobnou situaci dokázal vyřešit. Vědecké stroje lze použít i k jiným účelům.

V okamžiku nedávné katastrofy letu AF 447 počátkem června tohoto roku zkoumala francouzská automatická ponorka Victor 6000 Středoatlantický hřbet v oblasti Azorských ostrovů. Jde o nesmírně zajímavou oblast, například předchozí dvouměsíční norská expedice tam v roce 2004 nalezla 300 nových druhů ryb a 50 druhů hlavonožců. Po nalezení místa dopadu letadla se na něj okamžitě přesunula i s hladinovou lodí Pourquoi Pas?, na níž se nachází její řídící centrum.

Spolu s řadou dalších plavidel a letounů se zapojila do pátrání po troskách letadla a hlavně po černé skřínce. Victor 6000 se sice dokáže ponořit jen do 6000 metrů, takže hlubiny Mariánského příkopu jsou pro něj nedosažitelné, ale v místě katastrofy neklesá dno pod 5500 metrů.

robotí ruka

Podvodní kluzáky

K oceánografickým výzkumům se nyní často využívají malé, jednoduché a levné ponorky bez posádky a dokonce bez motoru či jiných vnějších pohyblivých částí. Plují pod vodou jako okřídlené kluzáky, mají jen zařízení pro změnu vztlaku, které může být tvořeno dvěma nádržemi s olejem. Jedna je uvnitř trupu, druhá (pružná) vně. Čerpadlo pak přečerpáváním oleje z jedné do druhé mění objem plavidla. Protože jeho hmotnost zůstává beze změny, vzroste nebo klesne jeho hustota, tudíž i vztlak.

První takový stroj byl v roce 2004 nasazen k průzkumu Golfského proudu. Od září do listopadu překonal vzdálenost mezi Bermudským souostrovím a ostrovem Nantucket u pobřeží Severní Ameriky. Během pomalé plavby (pohyboval se rychlostí kolem 1 km/h) se třikrát denně vynořil na hladinu, v průběhu patnáctiminutové relace udal svou polohu, předal výsledky provedených měření a pak se navrátil zpět do cestovní hloubky okolo tisíce metrů.

Obdobný stroj zkoumal na přelomu let 2007 a 2008 podmořský bazén v oblasti Panenských ostrovů v Karibském moři. Při svých ponorech do hloubky 4000 metrů zaznamenával teplotu, salinitu a sledoval biologickou aktivitu. Další výzkumy proběhly v oblasti Šalamounových ostrovů v Tichém oceánu. V únoru letošního roku vylovila dánská vojenská loď dalšího robota o váze 51 kilogramů po jeho 51 dní trvající plavbě pod ledem v polárních oblastech západně od Grónska. Přípravy na transatlantickou robotí plavbu jsou v plném proudu.

Proč ponorní roboti?

Jaký mají takové výzkumy vůbec smysl? Potřebujeme znát tolik dalších podrobností o světovém oceánu? V současné době musíme ještě připustit, že naše znalosti o mořích nejsou ani zdaleka úplné. Stále nacházíme neprozkoumané dno, neznámé organismy, neobjasněné procesy. Než se podařilo získat vzorky bakterií, domnívali jsme se, že nejhlubší části oceánu jsou pustinou bez života. Hydráty metanu skryté v usazeninách mořského dna se mohou jednoho dne stát významným zdrojem zemního plynu.

Jako perspektivní zdroj biopaliv se nyní jeví řasy. Mořské organismy mohou mít v brzké budoucnosti velký význam jako zdroj nových chemických sloučenin využitelných třeba v lékařství. O významu světového oceánu svědčí i skutečnost, že se po biotechnologiích zelených (zemědělských) a červených (lékařských) začíná používat i termín modré biotechnologie. Jde o vyhledávání a produkci dosud neznámých užitečných biologických chemikálií a dále o šlechtění nebo chov mořských organismů. Předpokládá se, že budou mít na naši společnost obdobný dopad, jaký měla zemědělská revoluce.

Důkladné poznání mořské fauny může mít i naprosto nečekané využití. Inženýři z Massachusetts Institute of Technology pracují na konstrukci umělé ploutve, která by měla v budoucnu pohánět ponorky všemožného určení. Na základě důkladného rozboru způsobu plavání ryb předpokládají, že umělá ploutev dovolí mnohem citlivější manévrování než lodní šroub s kormidlem. Zatím pracují s vodivým polymerem, který by napodoboval pohyby rybích ploutví podle toho, jakým způsobem by jím procházel elektrický proud.

Jinou doposud nedostatečně prozkoumanou oblast představuje chování světového oceánu jako celku, mořské proudy, s tím spojené tepelné a látkové toky, vliv na atmosféru, ohřívání, přesný mechanismus vzniku tropických cyklonů, možnosti absorpce tepla, interakce s atmosférou… Oceán ovlivňuje Zemi jako celek, takže má podstatný vliv na utváření zemského klimatu a vznik počasí. Právě pro posouzení často diskutované otázky globální změny klimatu je důkladný průzkum chování světového oceánu nezbytný.

Autonomní roboti AUV mohou křižovat mořem sami. Robot dole je podmořský kluzák.

Další možnosti

Doposud jsme hovořili pouze o strojích schopných operovat bez posádky v hloubkách několik tisíc metrů a podvodních kluzácích. Dobře funguje i britský třítunový šroubem poháněný Autosub6000, který připomíná spíše torpédo. V loňském roce úspěšně zkoumal vulkanickou aktivitu v hloubce 6000 metrů na dně karibského Kajmanského žlabu. Od roku 1957, kdy se první robot schopný činnosti pod vodou objevil, bylo vyvinuto mnoho různých typů. Jen několik z nich se více rozšířilo. Zájem o roboty projevuje i vojenské námořnictvo, které zvažuje jejich nasazení při strážní službě, odminování či vyhledávání nepřátelských ponorek.

Hojně je využívají těžařské společnosti pro zkoumání a mapování oblastí, kde se nacházejí ložiska ropy či zemního plynu. Nejlevnější z nich si už dokonce mohou pořídit i amatérští nadšenci. Energii podvodním robotům většinou dodávají akumulátory, někdy palivové články. Většinou disponují navigačním systémem založeným na sonaru, který určuje jejich polohu vzhledem k nějakému dobře identifikovatelnému místu, jehož zeměpisné souřadnice známe. Jinou možností je navigace na základě přesného sledování dráhy plavby pomocí akcelerometrů, což jsou přístroje pro měření zrychlení.

Vzhledem k tomu, že voda pohlcuje většinu rádiových vln, je systém GPS k tomuto účelu nepoužitelný. Pokud jde o přístrojové vybavení, snad na každém z nich najdeme kompas a hloubkoměr. Dále záleží na jejich určení. Oceánografové pracující při známém, veřejnosti přístupném akváriu v kalifornském Monterey vybavili ponorného robota Ramanovým spektrometrem. S jeho pomocí zkoumají hydráty oxidu uhličitého u mořského dna. V Biskajském zálivu pluje několik 1,5 metru dlouhých robotů, kteří tvarem silně připomínají ryby. Jejich úkolem je sledovat znečištění mořské vody. Možnosti nasazení robotů pod vodní hladinu jsou dalekosáhlé a jejich přínos může být velmi významný.

Postav si svého podvodního robota

Postav si svého podvodního robota

Letos v dubnu se konal už čtvrtý ročník soutěže Underwater Robot Challenge pořádané centrem MATE (Marine Advanced Technology Education) s webovými stránkami www.marinetech. org . Studenti zde poměřovali schopnosti svých ponorných robotů sestavených převážně z novodurových instalatérskýc trubek, které chrání citlivou elektroniku. Ovládač nebo notebook se softwarem zastupující mozek robota ovšem tradičně zůstává na břehu, podobně jako u skutečných hlubinných ROV robotů. Do soutěže se přihlásily školy ze šestnácti zemí celého světa. Naše mezi nimi zatím chybí. Nicméně na stránkách regionálních soutěží i jednotlivých týmů můžete najít zajímavé návody (http://tinyurl.com/of96fa). Začátečníci to mohou zkusit s příručkou Build Your Own Underwater Robot.

ROV nebo AUV

Menší roboti mají často možnost prohlédnout si podmořské obyvatele pěkně zblízka nebo se protáhnout tam, kam by se potápěč s akvalungem ani nevešel.

Po technické stránce rozlišujeme dva druhy podmořských robotů. Prvním, vývojově starším typem jsou roboti ROV, což je zkratka vykládaná jako remotely operated (underwater) vehicle. Jde o dálkově ovládané roboty (manipulátory). Většinou jsou to pomalé stroje řízené prostřednictvím kabelu z lodi. Zkoumají zpravidla prostor přímo pod lodí, a nemusejí mít proto nijak hydrodynamický tvar ani příliš výkonné motory. Modernějšími bratranci těchto robotů jsou AUV čili autonomous underwater vehicle. To jsou skuteční roboti s vlastní umělou inteligencí ukrytou uvnitř těla připomínajícího torpédo. Zkoumanou oblastí proplouvají samostatně.

Líbilo by se vám mít vlastního podmořského robota? Hlasovat v anketě můžete zde

Nejčtenější