石油圈
由人工智能（AI）方法操控的水下自主機器人（AUVs），可用于檢查、保養、維修水下設施。
編譯 | 流沙
為了確保海上基礎設施，如風力發電機或油氣生產設施的安全，定期檢查與維護是必不可少的。然而，在水下進行的工作不僅復雜、昂貴，而且對從事這項工作的潛水員來說也存在相當大的風險。水下遙控機器人（ROV）已經被用于監測海上資產的狀況。但如今的發展趨勢是這些水下機器人將需要長期停留在海中，成為所謂的水下常駐AUV，還可在水中自主作業，同時在必要時可進行遠程控制。
由德國人工智能研究中心(DFKI)領導的聯盟在Mare-IT項目中開發出一套整體解決方案，來實現這一愿景：一種創新型雙臂AUV，可用于復雜的檢查與維修工作，并配備強大的IT基礎設施，能夠直觀地控制與監測該系統，還可與操作員進行有效的信息流交互。“石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns”
一名研究員在泳池邊緣檢測AUV在雙臂模式下的防撞情況。(圖片來源：DFKI的Thomas Frank)
01.自主遠程檢查與維護的創新型雙臂AUV
DFKI機器人技術創新中心在Mare-IT項目中成功設計并制造了Cuttlefish水下自主機器人，這是一種可在水中自由定位的干預型AUV。這款創新型AUV在其腹側安裝了兩個深海抓取系統，使其能夠操縱水下物體。利用這種特殊設計和基于人工智能的控制，可在下潛過程中改變重心與浮力，并以穩定的方式調整和保持任何方向。除了完全自主運行之外，該機器人還可利用光纖電纜，以混合模式（所謂的監督自主）運行。這種混合模式使人們可在水下結構的關鍵作業期間，干預與遠程控制AUV。
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除了機械臂之外，該系統還配備了許多用于環境感知的傳感器，例如聲納傳感器、照相機、激光掃描儀與磁力計。為了有效處理大量的傳感器數據，研究人員開發出一種特殊的架構概念，可直接在機器人上對數據流進行分散分析。此外，還可配備了一個標準接口，可實現AUV、控制站與內部業務基礎設施之間的雙向數據交換。
AUV直立于水中，伸出機械臂。(圖片來源：DFKI的Thomas Frank)
02.直觀遙控AUV與人造磁場定位的虛擬副駕駛
DFKI認知輔助系統研究部門開發的虛擬副駕駛，可在遙控任務期間為控制站人員提供支持。它配備了微軟HoloLens頭顯，可與控制站結合使用，也可以作為單獨的輕型交互媒介，例如在船上使用。借助顯示器上的全息三維顯示，操作人員可隨時了解AUV與水下結構的狀態。利用語音交互功能，能夠顯示出傳感器信息、測量值，以及所設置的警報?？赏ㄟ^語音命令控制AUV的攝像頭，結合眼球跟蹤技術，檢索出人們當前正在觀察的基礎設施組件的信息。此外，還可以在任務期間，設定自己的語音術語，并將其作為別名使用，例如，用于攝像機或位置對接。“石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns”
為了擴展創新型交互技術，DFKI嵌入式智能研究部門在Mare-IT項目中開發了一個網絡應用程序，可以通過智能手機或平板電腦等移動設備控制AUV并改變其參數設置。此外，研究人員還研究了使用人造振蕩磁場來定位水下機器人的可能性。
AUV以直立姿勢在水下執行操縱任務。(圖片來源：DFKI的Thomas Frank)
03.強大推進器與智能控制實現高效運動
WITTENSTEIN網絡電機公司開發、生產了用于驅動AUV的高強度推進器。這種推進器的推力高達500牛頓，具有防海水侵蝕的功能，適用于高達6000米的水深。在制造過程中沒有使用液體填料，采用了特殊的灌封技術，以避免對環境造成化學危害。推進器配套的伺服變頻器，擁有專門與推進器電機相匹配的無傳感器控制，可在整個速度范圍內提供準確、高度動態的速度控制，直至旋轉的兩個方向都處于靜止狀態。該AUV配備了八個這樣的推進器，在網絡覆蓋范圍內，這些推進器能夠實現AUV與水下結構對接所需的高精度運動。
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04.塑造整合管理框架增強互通性
在Mare-IT項目中，SAP公司研究了如何以及在何種條件下將自主系統（例如AUV）整合到云系統等IT基礎設施中。為此，該公司開發出工業4.0參考架構的核心組成部分–管理框架，實現了數字孿生與商業應用的整合。該管理框架可在任何制造商的解決方案之間搭建互通性。它降低了整合成本與工作量，尤其是當多家公司都要訪問數字孿生的數據時。SAP公司為計劃內、計劃外的維護流程都設計了管理框架原型，例如海底結構的隔離閥。如今，SAP資產管理智能云應用可通過隔離閥的管理框架啟動此類維護作業，并可從水下機器人那里接收到執行狀態的反饋。得益于管理框架，其他各方的任何系統都可被添加或被其他系統取代，且無需太多整合工作。
該AUV正處于駕駛狀態，其機械臂已被折疊收回。(圖片來源：DFKI的Thomas Frank)
05.水下結構無損檢測技術
ROSEN公司是全球領先的能源行業大型結構完整性管理解決方案供應商，在該項目中為AUV開發出四種不同的測量技術，用于檢查各種海底結構的狀況。這些技術分別是：檢測鐵磁結構的磁場傳感器、測量陰極保護系統電場的傳感器，以及利用AUV機械臂來測量局部壁厚的超聲波與渦流傳感器。此外，還開發出一種通信浮標，以確保機器人可通過水柱將數據傳輸至中央控制站。”石油圈原創，石油公眾號：oilsns
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