Мидийная история: роботы помогут ловить рыбу и выращивать морепродукты
Как подводные автоматы совершают научные открытия и учатся разговаривать с дельфинами
В России разрабатывают новые системы подводных роботов — они предназначены для изучения морей и озер и исследуют состав воды на разных глубинах. В перспективе автоматические аппараты могут найти применение и в прикладных сферах. Например, они смогут выращивать мидий на морских фермах, разговаривать с дельфинами и подскажут рыбакам, где лучше промысел. Вместе с тем в стране строят новые пилотируемые глубоководные корабли, предназначенные для выполнения операций, которые недоступны роботизированным системам.
Как роботы изучают подводный мир
Сегодня в различных водоемах все чаще можно встретить роботов, рассказал «Известиям» научный сотрудник Лаборатории акустики океана Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН Олег Кочетов. Беседа с ним состоялась перед мероприятием «Кафе Политехнического музея». Это цикл лекций, посвященных исследованию Мирового океана.
По словам ученого, роботы — незаменимые помощники, поскольку могут в течение долгого времени выполнять рутинную работу и собирать данные в труднодоступных местах. Одни из наиболее полезных аппаратов такого типа — автономные роботы-профилографы. Они самостоятельно курсируют вверх-вниз сквозь толщи воды и с помощью бортовых приборов измеряют различные параметры окружающей среды, такие как температура, соленость, прозрачность, скорость течения или количество микроорганизмов.
Олег Кочетов
— Эти аппараты серии «Аквалог», как подводные лифты, двигаются вдоль троса, натянутого с помощью якоря на дне и поплавка — под поверхностью. Аппарат удерживается на тросе с помощью прижимных роликов, а перемещается с помощью приводного колеса, которое вращается двигателем. Управление погружением и всплытием производится автоматически. Профилограф «Аквалог» обладает нейтральной плавучестью, то есть не стремится всплыть или погрузиться под собственным весом в воде. Поэтому движение требует небольшого расхода энергии и позволяет аппарату долгое время работать автономно, — объяснил Олег Кочетов.
Он отметил, что современные системы подобного типа, которые изготавливают в институте, эффективно работают на морском шельфе и в окраинных морях на глубинах до 1000 м, но это не предел, и максимальная глубина зависит в основном от прочности корпуса самого аппарата. Такие роботы могут работать до полугода и дальнейшее их развитие связано с увеличением емкости аккумуляторов.
— Сейчас, в частности, подобные аппараты круглогодично работают на Черном море, сообщил ученый. С их помощью специалисты наблюдают, например, как распределяются слои с «живой» и «мертвой» водой. В первом из них — богатом кислородом — обитают рыбы и другие подводные обитатели, а во втором — только анаэробные бактерии, которые питаются остатками органики и выделяют сероводород, — рассказал Олег Кочетов.
Он пояснил, что это вещество присутствует в море ниже уровня 150–200 м от поверхности. Существует версия, что древние мореплаватели назвали водоем Черным, потому что якоря, брошенные на дно, из-за контакта с этим сероводородом поднимались наверх потемневшими.
Автоматы для изучения озер
Также, по словам специалиста, наряду с аппаратами типа подводных лифтов, сейчас в Институте океанологии ведутся новые перспективные разработки. Одна из них — это аппарат «Винчи», который управляется встроенной лебедкой, что и определило его название (winch с англ. — «лебедка». — «Известия»).
В отличие от предшественника, который не мог самостоятельно покидать водную среду и накапливал собранные данные в бортовом устройстве, «Винчи» с помощью лебедки легко всплывает, чтобы передать накопленную информацию на ретранслятор или спутник.
Олег Кочетов отметил, что в настоящее время такой робот эксплуатируется в тестовом режиме, но уже активно используется для проведения научных исследований. Оптимально его применять в морях на небольших глубинах, а также в озерах и реках с небольшим течением.
— Большинство озер в России и мире исследованы только с применением традиционных инструментов. Поэтому здесь роботы могут сделать массу открытий. Например, при испытаниях на озере Глубоком в Подмосковье этот аппарат обнаружил возникновение у дна всплесков взмученности с периодом около 2-3 часов. Не до конца понятно, с чем связано это явление, поэтому им очень заинтересовались гидрологи, — поведал ученый.
Он пояснил, что дальнейшее развитие автономных подводных аппаратов может быть связано с развитием узкоспециализированных систем. Например, сейчас специалисты Института океанологии ведут работы по созданию робота, который будет работать на глубинах до двух километров, используя для перемещения принцип переменной плавучести. То есть его можно будет отправить на дно Черного моря или Байкала. Их глубины — 2210 м и 1642 м.
Как ИИ помогает ученым
В настоящее время большие возможности ученым предоставляют современные нейросети и алгоритмы машинного обучения, отметил Олег Кочетов. В России подобные проекты активно разрабатываются.
— Например, можно обучить бортовой компьютер идентифицировать дельфинов и отслеживать их перемещение по так называемому «свисту-автографу». Этот звук у каждого животного данного вида уникален и, по-видимому, является способом, которым дельфин сообщает окружающим о своем присутствии. Прежние попытки создать такую систему без использования ИИ не увенчались успехом. Развитие технологий машинного обучения, на которых основана работа онлайн-переводчиков и голосовых помощников, может сделать подобные опыты удачными. Также можно обучить роботов распознавать китов и других животных, — пояснил Олег Кочетов.
Другим направлением развития искусственного интеллекта в подводных аппаратах могут стать системы распознавания объектов в темной и мутной воде, считает ученый. Кроме того, перспективно использование роботов как подводных фермеров. К примеру, они могут следить за колониями мидий, выбраковывать больных животных и охранять их от хищников. Также автоматы могут ухаживать за плантациями ламинарий — морской капусты — и других подводных растений.
Новые пилотируемые подводные корабли
Однако, как считает Олег Кочетов, в некоторых видах деятельности роботы не смогут составить конкуренции системам под управлением человека. Поэтому важно развивать подводные пилотируемые аппараты. Один из них в настоящее время создается с привлечением специалистов Института океанологии.
Подводный корабль будет предназначен для плавания экипажа в составе из двух человек. Он сможет погружаться на глубины до 2,5 км. Главные задачи аппарата — мониторинг состояния подводной инфраструктуры (газопроводов, кабелей и т.п.) и научные исследования.
— Роботы, ИИ уже сейчас активно внедряются в работу флота, — отметил в беседе с «Известиями» директор филиала «ДВМП» (Транспортная группа FESCO) во Владивостоке Николай Чвертко.
По его словам, системы беспилотного управления судном пока применяются только в открытом море, но в обозримом будущем можно ожидать использования автономного судовождения от причала до причала со сложным маневрированием в акваториях портов.
Со своей стороны генеральный директор Политехнического музея Дмитрий Кожанов отметил, что современные успехи ученых напрямую связаны с интересом общественности к их исследованиям. Поэтому сотрудники музея прикладывают огромные усилия для популяризации науки.
— Этот год мы начинаем с выставки «Электрожурнал». Она рассказывает о взрыве научно-технической мысли в России на рубеже XIX и XX веков, а также о бурном развитии электротехники в это время и отражении этих событий в средствах массовой информации. Современные микроэлектроника, приборостроение, робототехника не могли бы появиться, если бы тогда не была пройдена эта стадия», — рассказал руководитель.
Он добавил, что следующим мероприятием будет выставка «Политехнический музей: приближая будущее». Она откроется в первый день весны в Музее Москвы и расскажет о 150-летней истории культурного учреждения и его главных экспонатах. Осенью в питерском «Манеже» стартует вторая часть этого выставочного проекта — про историю отечественной инженерной мысли. Значительная часть этой выставки будет посвящена развитию электроники и кибернетики в СССР.
