Autonomia do oceano: Noruega à frente

Yara Birkeland não tripulado conceito de navio de recipiente de Kongsberg. (Imagem: Kongsberg)

Professor Asgeir Johan Sørensen (Foto do NTNU AMOS, de Thor Nielsen)

O conceito Freedom da Oceaneering, exibido em forma de modelo impresso em 3D na conferência Subsea Valley em Oslo. (Foto: Elaine Maslin)

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Os sistemas autônomos marinhos que trabalham de forma independente e em sistemas conectados estão rapidamente se tornando um setor em crescimento no setor da indústria oceânica, incluindo a indústria de petróleo e gás.

O surgimento de novos sistemas autônomos marinhos parece ser uma ocorrência semanal. Como os custos reduziram-se em numerosas áreas, desde sensores até satélites, alguns desses sistemas também estão chegando ao conhecimento de cidadãos comuns, assim como cientistas oceânicos, que buscam descobrir os segredos das profundezas.

Parte do acionamento desses sistemas, pelo menos na indústria de petróleo e gás, é reduzir o uso de embarcações de superfície tripuladas, que são caras para operar e emitir fumaça, na melhor das hipóteses.

Uma meta estabelecida para a Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia da Noruega (NTNU) é reduzir o uso de embarcações de superfície em 80 por cento em várias operações de petróleo e gás. O Centro de Operações e Sistemas Marítimos Autônomos (AMOS) da NTNU tem a tarefa de encontrar soluções para atingir essa meta, bem como metas para aumentar a cobertura de mapeamento e monitoramento em 10 a um décimo do custo. Outra meta é “operações marítimas seguras em qualquer lugar, em qualquer estado do mar, a um décimo do custo”, diz Asgeir Johan Sørensen, professor e diretor da AMOS.

A Noruega tem outros incentivos para produzir tecnologias oceânicas avançadas. O país tem áreas oceânicas cinco a seis vezes maiores que a massa de terra, diz Sørensen. Suas principais indústrias abrangem a pesca, o transporte marítimo e, nos últimos 50 anos, o petróleo e o gás. “Estamos nos movendo agora para a eólica offshore e a aquicultura”, diz Sørensen. “Para sermos competitivos, nós (noruegueses) sempre temos que ter alta qualidade e baixo custo”, razão pela qual as empresas estão explorando o uso de sistemas autônomos. “A Noruega também tem uma enorme responsabilidade quando se trata de governança e gestão dos oceanos, inclusive no Ártico.”

Inicialmente, foi o trabalho no setor de petróleo e gás, para evitar riscos aos mergulhadores, que levou a Noruega a buscar tecnologias submarinas operadas remotamente. Foi mais recentemente que a indústria tem procurado desenvolver sistemas submarinos mais autônomos, desde o processamento de equipamentos até veículos submarinos, como o transporte de veículos subaquáticos autônomos.

No ano passado, a Statoil da Noruega tem trabalhado para conceitos de veículos residentes submarinos, implantando dois diferentes veículos operados remotamente (ROVs), um da Oceaneering (o e-Novus) com sede em Houston e um da IKM baseada na Noruega, em várias semanas. e até mesmo meses de implantação. No entanto, enquanto essas implantações significavam que os veículos eram autônomos, pois não precisavam mais de uma embarcação de apoio, ainda eram amarrados e operados pela equipe em terra.

O próximo passo será veículos que podem operar sem uma corda, como o novo conceito Freedom da Oceaneering, que foi revelado na Conferência do Vale Subsea em Oslo. É um conceito de ROV residente, baseado em um veículo híbrido, que viveria em uma estação de ancoragem submarina e seria capaz de voar em missões no modo conectado (operado remotamente) ou desconectado (autônomo). Ele teria baterias a bordo que seriam recarregadas em sua estação de encaixe e uma "revista" de ferramentas que ele poderia selecionar. A empresa espera realizar testes offshore com um protótipo, que deverá ter cerca de 3,3 milhões de comprimentos no ano que vem, disse Arve Iversen, gerente de operações de ROV, no Subsea Valley.

Muito mais está sendo feito para desenvolver sistemas autônomos, no entanto. A NTNU AMOS foi criada entre os Departamentos de Tecnologia Marítima e Cibernética de Engenharia da NTNU, trabalhando com outros parceiros de pesquisa internacionais e empresas norueguesas, como um suporte do Centro de Excelência (CoE) pelo Conselho de Pesquisa da Noruega, a partir de 2013 por 10 anos. Desde 2013, já alcançou 53 estudantes de doutorado e vários outros spin-outs, incluindo a Scout Scout, e a BluEye, uma empresa de observação de ROV (drone comercial subaquático mais profundo), com usabilidade no estilo Go-Pro. Esse mix de empresas dá uma idéia de onde a pesquisa está indo, ou seja, redes interconectadas de sistemas.

Além de trabalhar na melhoria da inteligência em sistemas, como sistemas de energia, tornando-os mais inteligentes para otimizar o consumo de energia e uso de baterias, a AMOS também está analisando enxames e sistemas heterogêneos, envolvendo drones aéreos e submarinos, bem como sistemas autônomos não tripulados. embarcações de superfície, que responderiam sobre a infra-estrutura de satélite para comunicação e conectividade.

Felizmente, o custo de enviar um satélite para o espaço reduziu para US $ 390 mil a US $ 520 mil, diz Sørensen. “Embora tenham funcionalidade limitada e durem apenas de três a cinco anos, são importantes para sistemas autônomos”, diz ele. “Podemos usar um satélite, enviar um drone, trabalhar com navios não tripulados, para operações conjuntas.”

A Noruega está se tornando um campo de testes para essas tecnologias, com várias áreas designadas como bancos de testes, incluindo Trondheimsfjord no norte da Noruega, Storfjord na parte mais ao norte do oeste da Noruega, uma área com várias travessias de balsa consideradas adequadas para testar e desenvolver tecnologia de sensores e sistemas de gestão, e Horten no fiorde de Oslo, no sul da Noruega.

De fato, a Kongsberg, que está trabalhando intensamente no transporte autônomo, incluindo um navio porta-contêineres "autônomo e totalmente elétrico", a Yara Birkeland, está trabalhando com a empresa não-tripulada NTNU, residente submarino "Snake" robô-robô Eelume. A Kongsberg também está fortemente envolvida em vários outros projetos (tendo estabelecido sua posição no mercado de veículos submarinos autônomos (AUV) com os AUVs Munin e Hugin), incluindo o Sea-Kit, um AUV-ASV híbrido, que ostentará um Kongsberg. Sistema de controle autônomo da embarcação de superfície K-MATE.

Mas, precisamos ter cuidado na forma como definimos autonomia, em comparação com a automação, diz Sørensen. “Automação é como você executa tarefas bem definidas sem intervenção humana. A autonomia é quando se lida com um ambiente não estruturado e incerteza. Normalmente, você entra com sistemas não tripulados quando há três Ds: monótono, sujo e perigoso. Autônomo é quando não temos links e é também por isso que o submarino está liderando esse campo. Ele (um sistema ou veículo) tem que estar lá por conta própria e tomar decisões. Missões pré-planejadas não são autonomia. É apenas autonomia quando um evento não planejado acontece e tem que tomar uma decisão ”.

Existem também diferentes níveis de autonomia, diz ele e diferentes abordagens. Um, o humano ainda está no circuito. Dois, gestão por consentimento, usando teleoperadores, um campo que começou na indústria espacial por causa do atraso de tempo na retransmissão de sinais. Três, gerenciamento por exceção. “Muitas plataformas de petróleo e gás e instalações offshore estão no nível três, gerenciamento por exceção. No navio, há milhares de sinais apenas para controlar a usina. Então o sistema é mais ou menos autônomo. Quatro, altamente autônomo. Sørensen diz que o totalmente autônomo tende a não ser usado - a discussão é bastante filosófica.

Como a autonomia é implementada também pode assumir formas diferentes. Plataformas podem sentir, então, agir, ou sentir, modelar, planejar e depois agir. Embora algo como o sistema de gerenciamento de energia da Kongsberg para o posicionamento dinâmico tenha autonomia, ele não é muito capaz de reconfigurar e fazer escolhas deliberativas, diz Sørensen, dando um exemplo. Da mesma forma, uma plataforma não-tripulada não é autônoma, é reativa, diz ele. Poderia tornar-se mais autônomo ao introduzir a arquitetura de controle deliberativo. Dê mais um passo e o sistema pode aprender sentindo e fazendo.

De maneira crítica, a consciência situacional precisa ser construída para fornecer um alto nível de autonomia. “Essa é uma das áreas cruciais relacionadas à tecnologia de sensores”, influenciando o quão perceptivo do ambiente um sistema pode ser. “É capaz de perceber e sentir as informações e depois começar a projetar essas informações para o futuro (ou seja, fazer previsões e agir sobre elas)? Essa é uma das áreas cruciais de pesquisa em que estamos trabalhando. ”

Exemplos disto incluem sistemas de mapeamento que são capazes de detectar, por si próprios, quaisquer lacunas nos dados que coletaram e voltar e preenchê-los, durante uma missão. Um sistema inteligente como este foi usado para rastrear o plâncton na coluna de água, tendo que encontrar o plâncton em primeiro lugar e segui-lo. Essas capacidades serão cruciais quando os sistemas estiverem trabalhando com sistemas de petróleo e gás submarinos e em torno deles, o que deve ser uma das principais áreas em que sistemas autônomos são necessários, juntamente com a ciência dos oceanos, diz Sørensen.

Para qualquer que seja o propósito, seja exploração de petróleo e gás, desenvolvimento de renováveis ​​ou aquacultura, transporte marítimo ou ciência oceânica, a gama e capacidade de equipamentos submarinos e sistemas auxiliares e de apoio estão se expandindo a cada dia, auxiliadas por desenvolvimentos em TIC, nanotecnologia e até biotecnologia. (para o movimento de serpente usado por Eelume, por exemplo), incluindo novos materiais, sistemas microeletromecânicos e big data. Como exemplo, estão sendo desenvolvidos sistemas capazes de detectar e distribuir forças ao longo do corpo de um veículo submarino, a fim de compensar ou reduzir o arrasto, diz Sørensen. Ele também cita micro para macro atuação e sensoriamento e sistemas de visão de máquina usando sensor hiperespectral que pode levar em qualquer comprimento de onda para classificar e descobrir coisas que nós não pudemos antes. As possibilidades são vastas.

Sørensen também vê uma “democratização” desse espaço. Com os satélites mais baratos e os drones subaquáticos comerciais disponíveis ao público, “todo mundo pode ser um cientista do oceano”. É uma disponibilidade oportuna de tecnologia, diz Sørensen. “Todos devem estar cientes dos oceanos e de como nos importamos com eles. Colocando plásticos no oceano, não vamos nos safar disso, o público vai ver isso cada vez mais.

“Nós vemos que existe um enorme potencial para sistemas autônomos não tripulados, do espaço ao fundo marinho para mapeamento e monitoramento dos oceanos”, diz Sørensen.

Como este mundo será governado e regulado ainda a ser respondido. Há também preocupações sobre segurança cibernética. Mas as pessoas também precisam analisar seus modelos de negócios, diz Sørensen. “Onde quer que você esteja sentado, eu ficaria preocupado com meu modelo de negócios. Há mudanças acontecendo, você precisa estar acordado ”, diz Sorensen.


(Conforme publicado na edição de abril de 2018 da Marine Technology Reporter )