Subsea Tech's "Marsch der Miniaturisierung"

Das Seasam AUV von NotiloPlus ist weltweit im Einsatz. Foto von NotiloPlus.

Das LUMA-Modem von Hydromea wurde zur Übertragung von Daten aus dem AMS + -System von Ashtead verwendet. Foto von der Hydromea.

Das LUMA-Modem wurde verwendet, um Kreiseldaten über ein ROV an die Oberfläche zu übertragen und den Unterwasserkranbetrieb zu unterstützen. Foto von der Hydromea.

Oliver Skisland von Water Linked spricht auf der Tau-Demonstrationsveranstaltung. Foto von Elaine Maslin.

Birdview hat seine Drohnen auf Fischereifahrzeugen in Norwegen getestet. Foto aus der Vogelperspektive.

Das Birdview-Tauchsonarkonzept. Foto von Olav Bruset.

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Ein wachsendes Bataillon kleiner, kompakter Systeme dringt in die Unterwasserwelt ein und macht sie in gewisser Weise zu einem größeren Raum, in dem mehr Menschen hineinkommen können. Elaine Maslin berichtet.

Kleinere ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs) und kleinere autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) nehmen an Zahl zu und treiben wiederum kleinere Technologien an, die sie unterstützen. Das Ergebnis sind ein paar neue Kinder auf dem Block und ein gewisser Aufschwung der Miniaturisierung.

Sie reichen von Fahrzeugherstellern bis hin zu Herstellern von akustischen und optischen Sensorsystemen. Einige von ihnen nahmen an einer Demonstrationsveranstaltung im Oktober 2019 teil, die sich auf unbemannte Systeme im Offshore-Bereich konzentrierte und von Norwegens Equinor in Tau bei Stavanger abgehalten wurde.

NotiloPlus
Ausgehend von den Fahrzeugherstellern war dies NotiloPlus, ein 2016 gegründetes französisches Start-up, das ein kleines, aber feines ROV herstellt.

Der Seasam wiegt 9 kg und ist das fehlende Bindeglied zwischen einem kleinen, kompakten, aber pilotierten ROV und größeren ROVs, die mit einem Kit ausgestattet sind, das viel kostet. Laut Nicolas Gambini, Mitbegründer und CEO des in Marseille ansässigen Unternehmens, ermöglicht NotiloPlus ein kleines Fahrzeug mit viel Intelligenz durch Rechenleistung. „Mit maschinellem Lernen und Software können Sie positionieren und erfassen“, sagt er. „Für die Positionierung muss viel Hardware verwendet werden, aber wir wollten, dass dies so billig wie möglich ist. Für weniger als den Preis eines High-End-Positionierungssensors haben wir ein System, das billigere Sensoren verwendet, diese dann aber zusammenbringt und mithilfe von Algorithmen die Daten so vergrößert, dass sie den perfektesten Sensoren nahe kommen.

„Dies bedeutet, dass wir [mit dem Seasam] einfache akustische Sensoren für die Positionierung und eine Kamera für die Bildverarbeitung verwenden können. Das Computer-Sehen bedeutet, dass die Drohne im Rahmen ihrer Sichtweise einen interessanten Punkt identifizieren und berühren kann, wenn dies erforderlich ist. “Das Fahrzeug kann entweder angebunden werden, wenn Sie ein Live-Feedback wünschen, oder nicht angebunden werden. „Außerdem kann es eine vollständig autonome Taucherfolge-, Damm- oder Schiffsrumpfinspektion ermöglichen. Für ein kleines Schiff, sagen wir 10 m lang, braucht es nicht einmal eine Karte, es kann selbst ein Ruder identifizieren usw. Für einen langen Rumpf kann man ihm die Form und Länge mitteilen und dann wählt es sein eigenes Muster für eine Inspektion . "

Das Unternehmen, das seine Tests in Lyon durchführt, liefert seit März dieses Jahres Seasam-Systeme aus, und 300 von ihnen sind jetzt von Frankreich nach Korea unterwegs und auf dem Freizeitmarkt tätig, z. Taucherzentren sowie Industrie, Inspektion der Infrastruktur und Wissenschaft. Gambini sagt, es kann andere Nutzlasten oder Werkzeuge tragen und kann angepasst werden. Das Unternehmen ist auch eine Partnerschaft mit TechnipFMC eingegangen, die sich unter anderem mit der industriellen Produktion von Drohnen befasst, um ein globales Angebot bereitzustellen. Mit Blick auf die Zukunft sagt Gambini, dass vernetzte Drohnen wahrscheinlich das Ziel der Branche sind.

Vogelperspektive
Nicht alle Unterwasserarbeiten müssen von Unterwasserfahrzeugen durchgeführt werden. Ein weiteres Start-up, Birdview, entwirft eine Drohne aus der Luft, mit der Sensoren ins Wasser fallen können, um Daten zu sammeln - oder was auch immer ein Unterwassersensor tun soll. Das in Oslo ansässige Unternehmen hat bereits mit dem norwegischen Institut für Meeresforschung (IMR) in Bergen zusammengearbeitet, um einen Fernsensor für die Offshore-Fischerei bereitzustellen - dh eine Drohne, die von einem Fischereifahrzeug aus gestartet wird und ein Sonar in das Wasser taucht, um zu prüfen, ob es vorhanden ist sind Fischschwärme, die dem Schiff dann mitteilen können, wohin es gehen soll.

Mohibb Malik, ein Projektingenieur bei Birdview, sagt, dass das Unternehmen im Handel erhältliche Flugdrohnen verwendet, aber jetzt ein eigenes modulares System entwickelt. „Die heute verfügbaren Drohnen eignen sich hervorragend für den Landflug, nicht jedoch für Offshore-Umgebungen“, sagt Malik. „Wir machen ein Design, das wasserdicht ist und schwimmen kann (im Falle eines Abzugs).“ Bei Flügen, die derzeit zwischen 15 und 20 Minuten dauern, beträgt das Ziel für die eigene Drohne drei Stunden - in einem Umkreis von 50 km um die Kontrolle / Kommunikation damit aufrechtzuerhalten.

Während einer Drohnen-Demonstrationsveranstaltung in Tau bei Stavanger, Norwegen, stellte Bird View seine Ideen vor. (Foto: Birger Haraldseid)

Während das Unternehmen im Jahr 2014 gegründet wurde, ist es laut Malik erst seit etwa einem Jahr wirklich aktiv und konzentriert sich hauptsächlich auf den Fischereisektor. Dies beinhaltete die Verwendung einer DJ1-Drohne mit 6 Flügeln, die von den Fischereifahrzeugen des IMR vor der Küste gestartet wurde, um Start und Landung zu erlernen und zu verfeinern. Hier wurde ein Simrad-Echolot verwendet, der mit einer kleinen Winde von der Drohne ins Wasser gefallen ist, um Fische zu finden. Der Echolot sammelt Daten, die dann verarbeitet werden, um zu zeigen, wo sich Fische befinden. Und die Ergebnisse sind gut, sagt Malik, und vermeidet Probleme, die Fischereifahrzeuge mit Schiffsgeräuschen im Wasser haben können, weil es das Sonar weiter vom Schiff weg tauchen kann. Der nächste Schritt ist die Kantenanalyse - dh die Datenverarbeitung auf der Drohne, damit Fischer schneller wissen, wo sich Fische befinden.

Birdview sieht jedoch auch andere Möglichkeiten, z. B. das Eintauchen eines Modems, um Daten von Unterwassersensoren zu erfassen oder sogar eine Kommunikationsverbindung zu ferngesteuerten ROVs oder mobilen Unterwasserplattformen herzustellen, damit diese nicht in Reichweite eines Kommunikationsknotens bleiben müssen.

Es arbeitet jetzt an einem System mit einer Reichweite von 50 km mit halb- und vollautomatisierten Missionen. Eine Herausforderung ist die Datenübertragung: Wenn weniger Daten von dem Host-Schiff oder den Kommunikationsnetzen gesendet werden können, müssen die Kommunikationssysteme der Drohne in der Lage sein, den Telemetrieaufwand zu reduzieren, aber dennoch die Bandbreite für den Empfang neuer Missionen ohne direkte Verbindung zu haben Steuerung.

Das Unternehmen beabsichtigt, seine Drohne aus eigenem Anbau in ungefähr einem Jahr zu testen und sie in ungefähr 18 Monaten bis zwei Jahren auf den Markt zu bringen. Birdview arbeitet auch mit TechnipFMC.

Wasser verbunden
Diese Systeme benötigen Sensoren, und ein neues Kind im Block bietet einige davon an. In den letzten sieben Jahren hat Water Linked mit Sitz in Trondheim, Norwegen, ultrakleine Unterwasser-Positionierungs- und Unterwassermodems entwickelt. Das Unterseepositionierungssystem basiert auf einem invertierten Kurzbasisliniensystem unter Verwendung von vier Empfängern und einem Ortungsgerät an einem mobilen Objekt, beispielsweise einem Fahrzeug. Es ist seit 2017 in Blue Robotics Mini-ROVs integriert.

Es ist klein, weil sich Water Linked auf das Rechnen konzentriert hat, bei dem Sensoren mit geringerer Leistung (dh kleiner) zu den gleichen Ergebnissen führen können. Dies sind größere (dh teurere) Sensoren. Das Unternehmen hat auch eigene Schallköpfe entwickelt und lagert, um schlank zu bleiben, die Fertigung in Norwegen aus.

"Wir machen Zahlenkalkulationen, um die Chance zu erhöhen, eine korrekte Position herauszuholen", sagt Oliver Skisland, CEO bei Water Linked. „Es geht nicht darum, die erste und einfachste Antwort als Wahrheit zu bezeichnen, sondern darum, die Möglichkeit einer korrekten Positionsbestimmung zu erhöhen.“ Water Linked verwendet hierfür hochleistungsfähige Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). „FPGAs sind ein fantastisches Tool, da Sie sie im Vergleich zu einem generischen PC so programmieren können, dass sie für eine bestimmte Aufgabe optimiert sind“, erklärt Skisland. „Wir verwenden hochmoderne Technologie, um kleine, energieeffiziente und kostengünstige Produkte zu entwickeln. Wir verfolgen einen sehr integrierten Ansatz, bei dem selbst die kleinsten Komponenten ausführlich besprochen werden, bevor sie auf unsere Boards gelangen. “

Ein wassergebundener Locator. (Bild: Wasser verbunden)

Macht ist ein Kompromiss. Das Ortungssystem von Water Linked ist auf 100 m ausgelegt, eine Verlängerung auf 200 m ist für 2020 geplant. Die Modems sind auf 1 km ausgelegt, sagt Skisland. Weiter würde mehr Leistung bedeuten, was größere Fahrzeuge bedeuten würde. Dies ist jedoch das Optimum für den Markt, auf den das Unternehmen abzielt - Mini-ROVs. Immer mehr Leute benutzen Mini-ROVs, weil sie billig genug geworden sind. Mit Sensoren können sie mehr tun, beispielsweise eine erweiterte Navigation und die Bereitstellung von Dokumentationen (Positionsdaten) für Vermessungs- oder Inspektionsarbeiten oder die genaue Positionsbestimmung von Tauchern, so Skisland. Genau wie NotiloPlus kann Water Linked ein ganzes System zum gleichen Preis wie ein einzelner Sensor anbieten. „Wir eröffnen einen neuen Markt und bieten Mini-ROVs ein neues Tool für die erweiterte Navigation, das noch nie zuvor durchgeführt wurde“, sagt Skisland.

Bei der Tau-Veranstaltung wurde das Positionierungssystem von Water Linked als „Unterwasser-GPS“ für Oceaneerings Freedom 60% Freedom AUV-Testfahrzeug verwendet. Dort stellte das AUV mit vier Empfängern an der Dockingstation und einem „Ortungsgerät“ am Fahrzeug eine Genauigkeit von 1 cm für das Andocken an eine Unterwasser-Dockingstation bereit. Ein optimales Szenario wäre das Fahrzeug und die Dockingstation mit jeweils vier Empfängern und einem Ortungsgerät. „Dann würde die Dockingstation über alle in der Nähe befindlichen AUVs Bescheid wissen und alle AUVs würden wissen, wo sich alle Dockingstationen befinden. Die Dockingstation könnte leicht eine Art „Landesystem“ implementieren, wie Sie es auf Flughäfen finden, auf denen festgestellt werden kann, welches AUV sich zum Andocken in der Warteschlange befindet und welches AUV warten muss “, sagt Skisland. Mit wassergebundenen Modems könnten Bilder aus einer Entfernung von 10 m übertragen werden, um den Fahrzeugpiloten einen Überblick über das Geschehen zu geben, sagt er.

Als nächstes steht auf der Trefferliste des Unternehmens ein superkleines Doppler-Geschwindigkeitsprotokoll (DVL), mit dessen Hilfe kleine ROVs oder AUVs ihre Position für Inspektions- oder Interventionsarbeiten halten können. Es soll Anfang 2020 auf den Markt gebracht werden. Die Tiefe beträgt 300 m, die Mindesthöhe 0,15 m, die maximale Höhe 50 m ab 25 mm Höhe und der minimale Formfaktor 55 mm.

Hydromea
Das Bereitstellen einer Kommunikationsverbindung zwischen Fahrzeugen oder Vermögenswerten ist ein weiteres neues Kind auf dem Block - Hydromea. Die Gründer der Firma, Felix Schill (CTO) und Alexander Bahr (COO), hatten bereits 2003 damit begonnen, einen Schwarm von Miniatur-AUVs zu entwerfen promovierte an der Australian National University in Canberra, Australien, im Bereich Unterwassernetzwerkkommunikation und kam an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz zusammen, wo sie wieder gemeinsam an Miniatur-AUVs arbeiteten.

Aber als sie versuchten, sie zu bauen, stellten sie fest, dass sie nicht genügend kleine Triebwerke, Batterien für Ausdauer und kleine akustische Modems fanden. Darüber hinaus wurden sie vom deutschen Alfred-Wegener-Institut (AWI) gebeten, ihre Arbeiten zur optischen Kommunikation zu erweitern und eine eigenständige Einheit zu entwickeln. Ihr LUMA 500ER bietet jetzt eine Datenrate von 500 kbps (1000 Bit pro Sekunde) bei einer Reichweite von bis zu 70 m über einen 120-Grad-Kegel, sagt Igor Martin, CEO des Unternehmens. Aber er sagt, sie denken, dass man das in größeren Entfernungen auf mehrere Megabit pro Sekunde erweitern kann.

"Jetzt sehen wir, dass die Miniaturisierung erschwinglicher wird", sagt Martin. „Es gibt Ihnen die Flexibilität, um nachzurüsten. Es ist portabel und skalierbar. Anstatt Zehntausende zu kosten, sind es Tausende und es eröffnen sich verschiedene Möglichkeiten. Mit kleinen tragbaren Systemen von Unternehmen wie Water Linked und Hydromea ermöglichen Sie eine Umgebung, in der kostengünstige Modems, Tools oder Sensorsysteme zum Skalieren zur Verfügung stehen. “

Das Unternehmen nahm am TechX-Beschleunigerprogramm des Oil & Gas Technology Centers teil und erkannte seine optische Kommunikationstechnologie, die von Rever Offshore, Ocean Installer und i-Tech 7 für Aufgaben wie die Übertragung von Roll- / Nick- / Gierdaten von Gyroboxen zur Beobachtung von ROVs während verwendet wurde Unterwasser-Bauprojekte, mit denen beispielsweise Kranführer an Deck schneller über das Geschehen unter Wasser informiert werden.

LUMA-Modem von Hydromea. (Foto: Hydromea)

Ein LUMA-Modem wurde von Rever Offshore an einem Bohrlochkopfstandort im Rahmen eines autonomen Überwachungssystems (AMS +) von Ashtead Technology während eines Bohrprojekts für Total in der Nordsee Anfang 2019 eingesetzt. Ein ROV konnte dann mithilfe von LUMA Daten vom AMS + abrufen , 8 m vom Bohrlochkopf entfernt.

Später im Jahr 2019 verwendeten ein Alfred-Wegener-Institut und ein Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie auf dem Forschungsschiff Sonne LUMA-Modems auf Geomars ROV KIEL6000, um in 4.000 m Wassertiefe direkt mit Unterwasserinstrumenten, auch mit LUMA-Modems, zu kommunizieren Ihre Sensoren funktionierten und konfigurierten sie gegebenenfalls neu.

Mit den Technologien, die Hydromea in den letzten 10 Jahren entwickelt hat, einschließlich LUMA, widmet sich Hydromea nun dem Bau einer semi-autonomen Miniatur-Unterwasserdrohne mit dem Namen ExRay. Es ist so konzipiert, dass es in geschlossenen Räumen mit Wasser gefüllt werden kann, wie z. B. Ballastwassertanks auf Schiffen. Ziel ist es, mithilfe der simultanen Lokalisierung und Kartierung (SLAM) Tanks zu navigieren und mithilfe von Mosaikierungssoftware 3D-Wärmekarten von Bereichen zu erstellen, die gewartet werden müssen. Der erste ExRay soll 2021 starten.