ロボットナビゲーション技術で深海を探索

Orpheus 潜水ロボットは、深海を自律的に探索するために、ウッズホール海洋研究所と JPL によって開発されています。 Orpheus は、インジェニュイティ マーズ ヘリコプターが飛行中にナビゲートする方法と同様の方法で機能するビジョンベースのナビゲーションを使用します。

潜水艇は海の最も深いところまで探索し、海底の 3D マップを作成できます。 以前の遠征中にこの写真に示されているように、オルフェウスは他の潜水艇よりもはるかに小さいため、輸送と操作が容易です。

地形に応じたナビゲーションにより、パーサヴィアランスは火星に自律的に着陸し、インジェニュイティは自律的に飛行することができました。 次は、別のフロンティアを探索しながら、同様のシステムをテストするときです。

5月14日、米国海洋大気局（NOAA）の船オケアノス・エクスプローラーは、フロリダ州のポート・カナベラルからNOAA海洋探査が主導する2週間の遠征に出発し、自律型潜水機の技術デモンストレーションが行われる。 Orpheus と呼ばれるこの新しい種類の水中ロボットは、道を見つけ、海底の興味深い科学的特徴を識別するのに役立つシステムを紹介します。

地形相対ナビゲーションは、NASA の火星探査機マーズ 2020 パーサヴィアランスが 2 月 18 日に火星に正確に着陸するのに役立ちました。このシステムにより、降下ロボットが火星の地形を視覚的に地図に描き、危険を特定し、安全な場所を選択できるようになりました。人間の助けなしで着陸すること。 同様に、同局のインジェニュイティ火星ヘリコプターは、火星の表面全体での動きを推定するために、ビジョンベースのナビゲーション システムを使用して飛行中に地上の表面の特徴を追跡します。

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南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所のエンジニアによって開発された、火星で使用されてきた視覚ベースのナビゲーションの進化版は、今度は少し故郷に近い、大西洋の米国東海岸沖で試験運用される予定です。

海底近くの暗く濁った海域を航行するには、通常、ソナーのような大型で高出力の位置検出装置が必要となります。 オルフェウスは、カメラとライトの低電力システムと高度なソフトウェアを利用することで、ほとんどの深海潜水艇よりも一桁軽いです。 四輪バイクよりも小さく、重量約 550 ポンド (250 kg) の Orpheus は、ほとんどの車両ではアクセスできない深さを探索する際に、機敏で操作が簡単で、頑丈であるように設計されています。

オルフェウス技術のデモンストレーションは、NOAA 船オケアノス エクスプローラー上で実施されます。 5月14日にフロリダ州のポート・カナベラルを出発した後、2週間の遠征隊は米国東海岸沖の海域を探索する。

ウッズホール海洋研究所 (WHOI) が JPL と協力して設計した Orpheus は、最も深い深さを含む海のほぼどこでも、つながれずに作業できます。 最終的に、プロジェクト チームは、これらの水中ロボットの群れがチームとして機能し、ハダル ゾーンの未踏の海底の広大な領域、つまり水深 20,000 フィート (6,000 メートル) より深い領域の 3D マップを構築することを期待しています。 しかし、ロボットがこれらの深さを探索する前に、まず浅い水域でそのペースを経験する必要があります。

未来へのダイブ

JPLのロボット機械エンジニアのラッセル・スミス氏は、「この技術デモは、海洋での地形に応じたナビゲーションの実行可能性を実証するためのデータ収集に使用されると同時に、複数のロボットが極限環境でどのように連携して動作するかを示すために使用される」と述べた。 「これらのテストにより、将来的には危険ゾーンへの潜水が開始され、生物活性の高い刺激的な領域をインテリジェントに探索できる軌道に乗せられるでしょう。」

将来の惑星探査に向けて開発されている最先端のロボットのプロトタイプのギャラリーをご覧ください。

Orpheus の視覚ベースのナビゲーション バージョンは、視覚慣性オドメトリ (xVIO) と呼ばれ、高度なカメラとパターン マッチング ソフトウェアのシステムと、方向と動きを正確に測定できる機器を使用して機能します。 オルフェウスが海底を移動すると、xVIO は船の下にある岩、貝殻、サンゴなどの地物を識別します。 ロードトリップ中にランドマークを記憶するのと同じように、xVIO はこれらの機能をウェイポイントとして使用して、ナビゲーションを支援する 3D マップを構築します。 しかし、このシステムは単に水中ロボットの遭難を防ぐための手段ではありません。

xVIO が作成した高解像度マップはメモリに保存されるため、オルフェウスがその地域に戻ったときに、特徴の固有の分布を認識し、探索を拡大するための出発点として使用されます。 また、ロボット仲間と協力する場合、地図を共有、相互参照、作成して、科学的に関心のある分野を迅速に特定することができます。

「将来的には、最も極端な海洋環境のいくつかが私たちの手の届くところにあるでしょう。深海溝から熱水噴出孔まで、私たちが探索する新たな目的地は数多くあります」と同じくJPLのシステムエンジニアであるアンディ・クレシュ氏は語った。 「小規模であり続けることで、私たちは海洋科学者向けに新しい簡素化されたツールを作成しました。これは、自律宇宙探査用のアナログ システムとして NASA に直接利益をもたらすものです。」

しかし、クレシュ氏は、NASAとWHOIやNOAAなどの組織とその広範な海洋学の専門知識との協力のもう一つの利点について指摘した。スマートで小型で頑丈な自律型水中探査機で地球の海洋を探索するために開発されている技術は、最終的には地球上の海洋探索に利用できる可能性がある。他の世界。

地球の類似物は、太陽系の他の場所の環境の代役としてよく使用されます。 たとえば、木星の衛星エウロパには、生命にとって有利な条件が存在する可能性のある地下海があります。

「地球上の冥界の深さでは、圧力はおそらく深さ80キロメートル（50マイル）あると考えられるエウロパの地下海の底とほぼ同等です」とWHOIのHADEX（冥界探査）プログラムを率いる生物学者のティム・シャンク氏は述べた。 「この遠征が、生命は地球に特有のものなのか、それとも生命が存在できるこの淡い青色の点の向こうに他の場所があるのか​​という最も基本的な疑問への答えを含め、私たちの惑星に関する新たな発見への足がかりになる可能性があると考えるのは深いことだ」しかし、エウロパやその他の海の世界を探索する前に、まず自分たちの故郷をよりよく理解する必要があります。」

テクノロジー デモンストレーションの詳細については、以下を参照してください。

https://oceanexplorer.noaa.gov/okeanos/explorations/ex2102/welcome.html

イアン・J・オニール

ジェット推進研究所、カリフォルニア州パサデナ

818-354-2649

[email protected]

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