ダイビングロボットが海底の難破船を探索

May 08, 2023

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カリフォルニアのスタンフォード大学で作られたロボットが、人間ではできない方法で難破船や沈没飛行機に飛び降りている。 OceanOneK として知られるこのロボットは、オペレーターも水中探検家のような気分を味わうことができます。

OceanOneK は正面から見ると人間のダイバーに似ており、腕、手、目が 3D ビジョンを持ち、水中世界をフルカラーで捉えます。

ロボットの後部にはコンピューターと 8 つの多方向スラスターが搭載されており、壊れやすい沈没船の現場を慎重に操縦するのに役立ちます。

海面にいるオペレーターがコントロールを使用して OceanOneK を操作すると、ロボットの触覚 (タッチベース) フィードバック システムにより、人は水の抵抗と人工物の輪郭を感じます。

OceanOneK のリアルな視覚と触覚機能は、人間のダイバーが経験するような危険や巨大な水中圧力を感じることなく、人々に深海まで潜っているような気分にさせるのに十分です。

スタンフォード大学のロボット工学者ウサマ・カティブ氏とその学生たちは、深海考古学者と協力し、9月にロボットを潜水に送り始めた。 チームは7月に別の水中遠征を終えたばかりだ。

これまでにOceanOneKは、沈没したビーチクラフト・バロンF-GDPV飛行機、イタリアの蒸気船ル・フランチェスコ・クリスピ、コルシカ島沖の2世紀ローマの船、第二次世界大戦中のP-38ライトニング航空機、ル・プロテと呼ばれる潜水艦を調査した。

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クリスピは地中海の水面下約 500 メートル (1,640 フィート) に位置しています。

「あなたはこの驚くべき構造物に非常に近づいており、それに触れると信じられないことが起こります。実際にそれを感じます」とスタンフォード大学工学部のウェイチャイ教授でスタンフォードロボット工学研究所所長のカティブ氏は語った。

「私は人生でそのようなことを経験したことがありませんでした。500メートルでクリスピに触れたのは私だと言えます。そして私は実際に触りました、そしてそれを感じました。」

OceanOneK は、人間にとっては危険すぎる水中探査をロボットが引き受け、まったく新しい方法で海を見るのに役立つ未来の始まりに過ぎない可能性があります。

OceanOneK とその前身である OceanOne を作成する際の課題は、水中環境とさまざまな深さの計り知れない圧力に耐えられるロボットを構築することであった、とハティブ氏は語った。

オーシャンワンは 2016 年にデビューし、南フランス沖 20 マイル (32 キロメートル) の地中海の海底 100 メートル (328 フィート) に位置する、難破したルイ 14 世の旗艦ラ・リュヌ号を探索しました。 1664 年の難破船は人の手を加えずに残されました。

ロボットはグレープフルーツほどの大きさの花瓶を回収し、オーシャンワンが花瓶を回収バスケットに入れる前にその花瓶に触れたとき、カティブ氏は手に感覚を感じた。

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OceanOne のアイデアは、ダイバーの通常の範囲を超えた深さの紅海のサンゴ礁を研究したいという願望から生まれました。 スタンフォード大学のチームは、人工知能、高度なロボット工学、触覚フィードバックを統合し、人間のダイバーにできるだけ近いものを作りたいと考えていました。

ロボットの長さは約 5 フィート (1.5 メートル) で、その脳は、サンゴや海で風化した人工物など、物体を壊さずにどれだけ慎重に扱う必要があるかを記録します。 オペレーターはボットを制御できますが、センサーが装備され、アルゴリズムがアップロードされているため、自律的に機能し、衝突を回避できます。

OceanOne は最大深さ 656 フィート (200 メートル) に到達するように設計されていましたが、研究者らは 1 キロメートル (0.62 マイル) という新たな目標を掲げたため、OceanOneK の新しい名前が付けられました。

研究チームは、浮力を高め、人間が海面で経験する圧力の100倍以上である1,000メートルの圧力に対抗するために、ガラス微小球を含む特殊な発泡体を使用してロボットの本体を変更した。

研究者らはロボットのアームを改良し、深海に降下する際の圧縮を防ぐオイルとスプリングの機構を追加した。 OceanOneK には 2 つの新しいタイプの手が追加され、腕と頭の動きが増加しました。

スタンフォード大学工学部博士課程の学生であるウェスリー・グオ氏は、このプロジェクトには他のシステムでは見たことのない課題が伴うと語った。 「これらのソリューションを機能させるには、多くの独創的な考え方が必要です。」

チームはスタンフォード大学のレクリエーションプールを利用してロボットをテストし、ビデオカメラをブームに乗せて運んだり、物体を収集したりする実験を行った。 次に、OceanOneK にとって究極のテストが始まりました。

2021年に始まった地中海ツアーでは、OceanOneKが潜水艦まで406フィート（124メートル）、ローマの船の遺跡まで1,095フィート（334メートル）、最終的には0.5マイル（852メートル）の深さに潜水し、潜水能力があることを証明した。 1キロ近くまで潜る。 しかし、問題がなかったわけではありません。

郭氏ともう一人のスタンフォード大学博士課程学生エイドリアン・ピエドラ氏は、嵐の夜、ロボットの障害のある腕の1つをボートの甲板上で固定しなければならなかった。

「私にとって、このロボットの製作には 8 年かかります」とピエドラ氏は語った。 「このロボットのすべての部品がどのように機能しているかを理解する必要があります。問題が発生する可能性のあるものは何か、物事は常に問題を抱えているのです。つまり、常にパズルのようなものです。海に深く潜って探索できること。これほど近くで見ることのできなかった難破船もいくつかあり、とてもやりがいがあります。」

2月のOceanOneKの深海潜水中に、チームメンバーはスラスターのチェックのために停止したときにロボットが上昇できないことに気づきました。 通信線と電力線の浮きが崩れ、ロボットの上に線が積み重なった。

彼らは余裕を取り戻すことができ、OceanOneK の降下は成功しました。 それは海底に「ロボットによる深海底への初接触/人間が探索すべき広大な新世界」と書かれた記念標識を落とした。

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コンピューターサイエンスの教授であるハティブ氏は、この経験を「信じられないほどの旅」と呼んだ。 「ロボットがこれほどの深さまで進み、環境と対話し、人間の操作者がその環境を感じることができるようになったのはこれが初めてだ」と同氏は語った。

7月にチームはローマの船とクリスピ号を再訪問した。 前者はほぼ消滅したが、積荷は海底に散らばったままであるとハティブ氏は語った。 OceanOneK は、ローマの船の跡地で、製造業者の名前が今も残っている古代の花瓶やオイルランプを収集することに成功しました。

ロボットはクリスピ号の割れた船体の内側にブームカメラを慎重に設置し、バクテリアが船の鉄を餌にしている間のサンゴやさびの形成をビデオで撮影した。

「私たちは遠征のためにはるばるフランスまで行き、そこでさまざまな背景を持ったはるかに大規模なチームに囲まれていると、スタンフォード大学で自分が取り組んできたこのロボットの一部が実際にその一部であることに気づきます。もっと大きな何かだ」とピエドラ氏は語った。

「これがどれほど重要であるか、このダイビングがどれほど斬新で重要なものになるか、そしてこれが科学全体にとって何を意味するかがわかります。」

2014 年のアイデアから生まれたこのプロジェクトには、失われた海底都市、サンゴ礁、深い沈没船への遠征計画という長い将来が待っています。 OceanOneK のイノベーションは、ボート、桟橋、パイプラインの修理など、より安全な水中工学プロジェクトの基礎も築きます。

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今後のミッションの1つは、ペルーとボリビアの国境にあるチチカカ湖で沈没した蒸気船を調査する予定だ。

しかし、ハティブと彼のチームには、このプロジェクトに対してさらに大きな夢、つまり宇宙があります。

ハティブ氏は、欧州宇宙機関がロボットに関心を示していると述べた。 国際宇宙ステーションに触覚デバイスを搭載すると、宇宙飛行士がロボットと対話できるようになります。

「彼らは深海のロボットと対話することができます。これは驚くべきことです。なぜなら、これは別の惑星や別の月でこれを行う作業をシミュレートすることになるからです。」とハティブ氏は語った。