В будущем плавающие роботы, разработанные сотрудниками компании Airalab совместно с инженерами Университета ИТМО, могут появиться на водоемах Африки, Азии и Латинской Америки, об этом уже ведутся переговоры.

На поверхность рек и каналов Петербурга могут выйти небольшие роботы, задачей которых станет анализ качества воды и поиск источников загрязнений. Эти работы станут очередным этапом испытаний водных дронов, созданных компанией Airlab, резидентом Технопарка ИТМО.

Испытания планировалось провести еще летом, но помешала эпидемия COVID-19, перекроившая планы ученых. Тем не менее, инженеры рассчитывают, что в скором времени они смогут полноценно испытать свою систему в водоемах Петербурга.

Александр Капитонов

От Волги к Неве

Проекту водного дрона, способного в автоматическом режиме мониторить состояние воды, уже около двух лет. Первый прототип собрали в Тольятти, он был призван доказать жизнеспособность идеи, выявить технические нюансы во время полевых экспериментов и привлечь внимание общественности и бизнеса.

Испытания водного дрона на Волге. Источник: airalab.org

Измерительная система Waspmote компании Libelium

Также партнером этого проекта выступил премиальный дистрибьютор компании Libelium в России и странах СНГ – ООО “СМАРТ Дистрибьюшн”, который оказал помощь в подготовке системы измерения. В рамках этой задачи решено было использовать продукты компании Libelium: Waspmote Умная вода и Умная вода Ионы. Их применение обеспечило гибкость, которая важна как для проведения предварительных тестов пилотной системы, так и при подборе измеряемых параметров. Кроме того данные продукты является относительно недорогими. Система Waspmote не просто опрашивает сигналы с датчиков, а также осуществляет их обработку.

Измеряются следующие свойства воды: температура, pH, содержание растворенного кислорода, электро-проводимость. А также отслеживается концентрация ионов, которые определяют пригодность воды для потребления, среди них: нитраты, аммоний…

Датчики Smart Water и Smart Water Ions, используемые в проекте «Дрон на Волге»

В 2019 году было решено перевести проект в Петербург, где при помощи сотрудников факультета систем управления и робототехники был разработан второй прототип с более легким корпусом, делающим дрон маневреннее. При этом удалось сократить и цену разработки. За счет доработок новая версия дрона оказалась лучше приспособлена к работе в узких водоемах, что будет полезно при замерах в небольших каналах и протоках Северной столицы.

Финальной задачей станет создание небольшого флота дронов, способных выполнять совместные замеры на воде.

Особенности работы на воде

Разработка плавающих дронов представляет особую сложность ― из-за волн и высокого сопротивления воды эти устройства требуют самостоятельных решений для навигации и позиционирования. Нельзя просто механически перенести системы из беспилотных машин, роботов-погрузчиков, квадрокоптеров и других подобных систем, работающих на земле или в воздухе.

Водный дрон 2.0. Источник: blog.aira.life

Дрон необходимо было сделать компактным, чтобы его можно было легко перевозить на машине, спускать с необорудованных берегов. Однако компактность не должна была стать причиной снижения автономности и функциональности, поэтому в качестве материала корпуса было выбрано легкое и прочное стекловолокно, а питание обеспечивалось в том числе с помощью солнечных батарей. Для защиты электроники были добавлены три герметичных кейса на быстросъемных крепежах и герметичный люк на палубе, что позволяет удобно менять и обслуживать электронику.

Для авторизованного доступа к датчикам дрона был разработан протокол их идентификации с помощью уникальной цифровой подписи. Также был создан программный пакет sensors-connectivity, который позволяет агрегировать информацию от датчиков. Публикацию данных можно выполнять в удаленное место в сети: например, в одном из экспериментов данные отправлялись на сервера всемирной сети Sensor.Community. При этом опубликованные данные защищены от подделок с помощью комбинации различных инструментов, использующих технологию блокчейн.

Работа имела не только инженерный выход, но и научный. Весной команда проекта совместно с коллегами из Италии опубликовала статью в журнале Frontiers in Robotics and AI. В ней, помимо результатов использования первого прототипа, были представлены наработки по планированию траектории для «роя» водных дронов, которые направляются дроном-лидером.

Изучение траектории «роя» водных дронов. Иллюстрация из статьи. Источник: frontiersin.org

Интерес с других континентов

Как отмечают создатели дрона, они рассчитывают на широкое применение своей разработки. По оценкам экспертов, в России тому или иному загрязнению подверглась примерно половина всех подземных вод и три четверти поверхностных, подчеркивают инженеры. В некоторых странах эта цифра еще больше. При этом технология автоматического сбора и выкладывания данных в общий доступ может не только сократить затраты на мониторинг окружающей среды, но также и повысит доверие общественности к результатам таких исследований.

В конце октября Airalab представила своего дрона в Барселоне на одной из крупнейших выставок IoT Solutions World Congress. Там интерес к разработке проявили специалисты из Южной Америки и Юго-Восточной Азии. Из-за пандемии совместные планы с потенциальными партнерами из Уругвая пока отложены. Однако сейчас представители компании и Университета ИТМО возобновили поиск партнеров для проекта.

Стенд Airalab на IoT Solutions World Congress. Источник: airalab.org

В сентябре 2020 года на поверхность рек и каналов Петербурга могут выйти небольшие роботы, задачей которых станет анализ качества воды и поиск источников загрязнений. Эти работы станут очередным этапом испытаний водных дронов, созданных компанией Airlab, резидентом Технопарка ИТМО.

Также, как отмечают создатели проекта, сейчас интерес к разработке проявляют представители африканских стран.

Источник:

Больше информации:

Инженеры ИТМО планируют испытать водные дроны для экологического мониторинга на реках Петербурга