Seksjonen forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU og UiO.
Her fra åpningsdagen av AUR-Lab hvor undervannsroboten Minerva fikk oppdraget med snorklipping – under vann. (Bilde: Jussi Evertsen/NTNU AUR-Lab)

AUR-LAB

Kartlegger havbunnen i Barentshavet med nytt superkamera

Intelligente undervannsroboter er forskernes hjelpere under vann.

  • Forskning

ROV (Remotely Operated Vehicle)

  • Fjernstyrt undervannsrobot
  • Liten ROV: 144 x 82 x 81 cm og 485kg
  • 1000 m kabel mellom ROV og båten
  • Flere kameraer. Spesielle sensorer gjør noen av kameraene svært følsomme for lys
  • Flere lyskastere
  • Lyskastere og kameraer har 4-5 meter rekkevidde
  • Elektrisk motor
  • Fem propeller
  • Operatør kan gripe inn og fjernstyre med joystick fra operasjonspanel på båten
  • Sensor under båten har kontakt med ROV
  • ROV kan ha mange typer utstyr, det som passer for oppdraget blir brukt

AMOS (Senter for autonome marine operasjoner og systemer)

  • Senter for fremragende forskning (SFF), NTNU 2013-2022.
  • Forsker på:
  • Intelligente og ubemannede fly, kjøretøyer og undervannsrobotikk.
  • Energisystemer for grønnere skip og konstruksjoner offshore, intelligent offshore akvakultur og konsekvenser av ulykker på skip og konstruksjoner offshore.
  • Antennesystemer for marin overvåking og datainnsamling.

AUR-Lab (et senter for anvendt forskning på undervannsrobotikk)

  • Forskningsgrupper fra teknologi og brukere innen kybernetikk, reguleringsteknikk, marinbiologi, marinarkeologi, elektro/telekommunikasjon, undervannsteknikk.
  • Numeriske simuleringer, modellforsøk, fullskalaforsøk og tokt.
  • Mye forskning i Trondheimsfjorden. AUR-Lab er dermed verdens største undervannslaboratorium.

Arkeologer er interessert i skipsvrak. Ingeniører er opptatt av offshore overvåking og kartlegging for å utnytte ressurser.

Biologer vil avdekke habitater og omfang av planter og dyreliv. Tilstanden for planter og dyreliv forteller om vannets helse. Derfor er kartlegging og analyse av marine arter også viktig i miljøperspektiv.

Til dette bruker forskerne intelligente undervannsroboter og et nytt hyperspektralt undervannskamera.

Målet med stadig mer avansert teknologi og metoder, er at robotene selv skal forstå, planlegge og utføre avansert arbeid under de ekstreme forholdene på havbunnen.

SE VIDEO: Undervannsfarkost fant «svært spennende» anomalier på havbunnen utenfor Trondheim

Verdens største laboratorium

– Those robots are fancy! utbryter Mauro Candeloro entusiastisk.

Candeloro forsker på undervannsroboter sammen med Fredrik Dukan. Robotene kalles ROV, «Remotely Operated Vehicle» (fjernstyrt fartøy).

– Interessen for havbunnen er stor, men leie av skip, personell og materiell for ekspedisjoner på havet er kostbart. Det er komplisert å undersøke spesielle og vanskelige miljøer på havbunnen, sier Candeloro.

AUR-Lab er et senter for anvendt forskning innenfor undervannsrobotikk med verdens største laboratorium: Trondheimsfjorden. Marin utforskning, kartlegging og overvåking er det viktigste AUR-Lab bruker ROV til.

Candeloro er stipendiat ved Institutt for marin teknikk og AMOS, Senter for autonome marine systemer, NTNU. Fredrik Dukan er stipendiat ved Institutt for teknisk kybernetikk. Disse fagmiljøene jobber sammen med andre fagmiljøer ved AUR-Lab.

Les også: Norsk AUV kan være klar til oljeservice hvor som helst i verden i løpet av et døgn

Og oppe i forskningsfartøyet Gunnerus sto daværende næringsminister Trond Giske og prorektor Kari Melby og fulgte med på snorklippingen under vann. Dermed fikk de innblikk i hvordan ROV fotograferer havbunnen.
Og oppe i forskningsfartøyet Gunnerus sto daværende næringsminister Trond Giske og prorektor Kari Melby og fulgte med på snorklippingen under vann. Dermed fikk de innblikk i hvordan ROV fotograferer havbunnen. Åge Hojem / NTNU AUR-Lab

Dynamisk posisjonering

Siden forskerne ikke kan oppleve hvordan det er på havbunnen, trenger de en smart måte å kontrollere ROV på.

– Dynamisk posisjonering («Dynamic Positioning System», DP System) kontrollerer automatisk og nøyaktig posisjon og bevegelser hos ROV, selv under ukjente forhold og ved alle typer oppdrag. Systemet er utviklet av AUR-Lab, forteller Candeloro.

– DP System holder ROV i riktig posisjon og i en bestemt avstand til havbunnen. ROV bruker ikke anker, men er utstyrt med flere propeller som sørger for å holde fartøyet i stødig posisjon, forklarer han.

ROV må være nær bunnen for å kartlegge, men ikke for nær, fordi forskerne vil ha kartlagt så mye som mulig på en gang. Er ROV for høyt over bunnen går det ut over lysforholdene. 2-3 meter over bunnen er passe.

Les også:  Denne gravemaskinen kan jobbe på havbunnen

Krefter i dypet

ROV beregner og kompenserer for strømmer i vannet, gravitasjon og oppdrift.

– Summen av gravitasjon som presser ROV ned og oppdriften som dytter ROV opp, blir en positiv kraft som dytter ROV opp. Vi sier at ROV har positiv oppdrift.

Operatøren på båten kan gripe inn og styre med joystick. Men operatøren følger mest med på operasjonspanelet som viser alle sensorene på ROV. Alt som skjer med ROV under oppdraget logges slik at forskerne kan analysere i etterkant.

TUTV: Sparer millioner på å sjekke kraftlinjene med droner

På tokt med AUR-Lab i Trondheimsfjorden. Fra forskningsfartøyet Gunnerus settes undervannsroboten (ROV) Minerva ut og sendes ned til havbunnen.
På tokt med AUR-Lab i Trondheimsfjorden. Fra forskningsfartøyet Gunnerus settes undervannsroboten (ROV) Minerva ut og sendes ned til havbunnen. Geir Johnsen/NTNU AUR-Lab

Presis manøvrering

Oppdraget i dypet avhenger av at ROV holdes stødig og manøvreres så presist som mulig. Det er svært viktig at ROV går stabilt, og dette er det vanskeligste. Andre utfordringer er feiltoleranse og håndtering av feil, sikkerhet, hindringer i dypet og energi.

Propeller og sensorer gjør at ROV kan manøvreres forover-bakover, ned-opp, sidelengs, rotere, holdes i vater, holdes i posisjon, gi retning, dybde og fart, samt akselerere. Farten er normalt 0,3 m/s.

Programmet måler alt som skjer med ROV og i omgivelsene. Dermed kan propellbevegelser kalkuleres før de faktisk skjer og propellene styres slik at de kompenserer for endringer som inntreffer.

Les også:  Selvkjørende bil på markedet neste år

Hyperspektralt kamera

Kameraer brukes for å identifisere, kartlegge og overvåke habitater, koraller og svamper, mineraler samt inspisere rør og annet på havbunnen.

AUR-Lab og Ecotone, et spin-off selskap fra NTNU, samarbeider nå om å utvikle et nytt hyperspektralt undervannskamera. Teknikken er basert på optiske fingeravtrykk. Kameraet er følsomt for flere bølgelengder enn rød, grønn og blå (RGB).

Databaser med optiske fingeravtrykk er svært nyttig. Det kan vi bruke for å gjenkjenne objekter vi er spesielt interessert i på havbunnen, sier Candeloro.

– Det hyperspektrale undervannskameraet har allerede kartlagt deler av Barentshavet med den nye teknikken. Kameraet er et stort skritt på veien videre for å forstå marin biologi og et effektivt verktøy for å inspisere undersjøiske rørledninger, utdyper han.

Les også:  Denne haien og røff sjø stopper verdens største vindpark

Operatørene følger med på hva ROV gjør på havbunnen. De ser det samme som ROV ser med kameraene. Geir Johnsen/NTNU AUR-Lab

Grønn verden

Et vanlig undervannskamera har sensorer som kun er følsomme for rødt, grønt og blått. Og under vann kan kameraet ta bilder av et begrenset område.

Vann absorberer lys, det vil si energi. Naturlig lys går ned til omtrent 20 meter, deretter blir det mørkere og mørkere. Dette avhenger noe av vannkvaliteten. ROV må uansett være nær bunnen for å ta bilder.

– Bilder som tas med vanlige undervannskameraer blir grønnlige. Det er fordi grønt reflekteres i vannet og slik blir fanget opp av kameraet. Vi kan til en viss grad rekonstruere fargene i bildene igjen, sier Candeloro.

Røde og blå bølgelengder blir for det meste absorbert av vannet.

Les også: Her testes Norges nye super-drone

Går frem og tilbake

På båten ser forskerne det ROV ser gjennom kameraene. ROV har flere kameraer og lyskastere.

– ROV går frem og tilbake på et definert område og tar bilder til området er ferdig fotografert. Området kan være et større areal eller et skipsvrak. Kameraet dekker en 4-5 meter «gate», forklarer Candeloro.

Hvert bilde som tas har nøyaktig posisjon. Mange av bildene vil overlappe hverandre delvis eller flyte over i hverandre.

Les også:  Slik skal sensorene fornye bilen

Bilder fra havbunnen. Dataprogrammer analyserer og setter sammen alle bildene fra et oppdrag til en bildemosaikk som så lages til kart i 2D eller 3D.
Bilder fra havbunnen. Dataprogrammer analyserer og setter sammen alle bildene fra et oppdrag til en bildemosaikk som så lages til kart i 2D eller 3D. Mauro Candeloro/NTNU AUR-Lab

3D-kart

Et program analyserer bildene og gjenkjenner objekter, for eksempel en sjøstjerne. Hvis sjøstjerna er på to bilder, vil programmet tilpasse og overlappe bildene for å gjengi motivet så godt som mulig. Til slutt setter kartprogrammer alle bildene sammen til flere typer 3D-kart.

– Bildene har noe ulik vinkel fordi ROV bikker litt på seg på havbunnen. Programmet kompenserer for dette og gjør kartet så bra som mulig. Men lite lys og den effekten sjøvann har på fargene er et problem, sier Candeloro.

Mange typer teknologi kan brukes for å avdekke havbunnen: flere former for avbildning, flere måter å måle akustikk på og fjernkontroll fra båten. Alt handler om smart styring og å integrere mye informasjon for å få kartlagt havbunnen.

Les også: Selvgående robot kan gjøre bonden rikere

Fremtidens marine leting

– I fremtidens marine leting vil funksjonene i ROV integreres og automatiseres enda mer. ROV vil også ta over mer av planlegging og beslutning selv, sier Candeloro.

Nøkkelordet er autonome operasjoner. Dataene skal analyseres i sanntid slik at roboten, ROV, forstår hva som er rundt den og hva som er best å gjøre for å utføre oppdraget.

– Vår ROV er et perfekt verktøy og laboratoriene perfekte forskningsmiljøer for å utvikle denne teknologien, avslutter Mauro Candeloro.

Denne saken ble opprinnelig publisert på Gemini.no – et nettsted for forskningsnytt fra NTNU og Sintef. Artikkelforfatteren er tilknyttet NTNU.

Flere saker fra Gemini.no:

Denne beskytter gruvearbeidere verden over

Fjerner oljesøl med «super-bakterier»

Ny forskning skal gjøre det mulig å hente ut sjeldne jordarter fra avfall

Kald CO2-fangst kan redusere prisen med 30 prosent