À la découverte des fonds marins

Les ingénieurs du Robotics Innovation Center de Brême travaillent sur des robots sous-marins qui doivent nous aider à comprendre les océans du monde. Et à l´avenir, peut-être, à comprendre aussi les eaux profondes d´autres planètes.

L´enthousiasme des ingénieurs transparaît dans le sapin de Noël qui trône au fond d´un grand réservoir d´eau pendant tout le mois de décembre, bien en vue des visiteurs du Centre allemand de recherche en intelligence artificielle (DFKI) de Brême. Sous l´eau, les boules de Noël flottent au-dessus des branches du sapin. Les lumières féériques assurent un éclairage idoine de 230 V. Mais rassurez-vous, les chercheurs savent ce qu´ils font. La technologie sous-marine est leur spécialité. Ils ont décoré ce sapin de Noël par pur plaisir, pendant leurs loisirs. «Avec les excellentes conditions qui règnent dans le Centre, nous sommes particulièrement motivés pour essayer de nouvelles approches innovantes. Nous ne sommes pas avares en heures supplémentaires!», explique Peter Kampmann, chercheur associé et spécialiste de la robotique sous-marine au DFKI Robotics Innovation Center.

Kampmann nous emmène dans le grand hall d´expérimentation maritime du DFKI. Il contient un système de test unique en Europe destiné aux robots de plongée: un bassin d´eau salée de huit mètres de profondeur et d´un volume de 3,4 millions de litres. Il est parfait pour tester de nouveaux systèmes sous-marins devant permettre aux navires et aux pipelines d'explorer des eaux inconnues ou d´effectuer des mesures en haute mer.

Le secteur maritime est resté dans l´ombre pendant longtemps. Des zones importantes des eaux profondes sont encore inexplorées. Nous ignorons donc à quoi ressemblent les fonds marins à des profondeurs de 3 000 à 6 000 mètres. Nous disposons même de cartes plus précises de la surface de Mars. Mais la situation est appelée à changer dans les années qui viennent, grâce aux technologies modernes. Le Robotics Innovation Center du DFKI travaille en étroite collaboration avec les ingénieurs de maxon sur de nouveaux entraînements sous-marins équipés de moteurs DC sans balais. Résistant à la pression, ils sont compacts et économes en énergie et conviennent parfaitement aux ROV (remotely operated vehicle, véhicules télécommandés) et aux AUV (autonomous underwater vehicle, véhicules sous-marins autonomes). Ces innovations sont bien utiles à Peter Kampmann et ses collègues. «Les nouveaux composants, plus légers et plus puissants, nous ouvrent de toutes nouvelles perspectives.»

La comparaison avec l´ours polaire

En matière de technologie sous-marine, la tendance est clairement au «petit et malin». Les ingénieurs construisent actuellement des véhicules équipés de capteurs et d´électronique. Les machines doivent être capables d´effectuer des recherches, de collecter des données et de réagir en toute autonomie à différents scénarios, pendant des mois et sans aucune intervention humaine. Une tâche ardue dans des conditions aussi rudes, car la visibilité est mauvaise en mer et les longueurs d´onde utilisées pour les signaux GPS ou WLAN sont rapidement absorbées par l´eau. Cela rend la navigation difficile. L´eau salée corrode les composants, et peut même ronger l´acier inoxydable au bout d´un certain temps. Les composants sensibles, tels que les arbres de moteur, doivent donc être fabriqués en titane. Pour finir, la pression ambiante est très élevée: à 6 000 mètres, elle est de 600 bar. Cela équivaut grosso modo à un ours polaire adulte assis sur une surface d´un centimètre carré. Le Robotics Innovation Center est en mesure de simuler de telles valeurs dans une chambre de pression. maxon y a également fait tester ses entraînements spécialement conçus pour le monde sous-marin. Les composants résistant aux conditions d´une profondeur de 6 000 mètres peuvent être utilisés dans plus de 95 % des océans du monde.

Chaque gramme compte

En nous promenant dans le Robotics Innovation Center du DFKI, nous croisons plusieurs véhicules sous-marins. Notamment le micro-AUV. Comme son nom l´indique, il est particulièrement petit et est utilisé par les chercheurs pour tester de nouvelles approches en matière de contrôle et de navigation. Tous les composants de ce véhicule doivent être conçus pour dans le but d'obtenir une flottabilité résiduelle minimum. Sous l´eau, chaque gramme de flottabilité compte. En effet, si un système tombe en panne à un moment donné, il doit pouvoir remonter à la surface grâce à un mécanisme de flottabilité positive, sous peine d'être perdu à jamais. Le micro-AUV est entraîné par quatre moteurs maxon DC. Ces entraînements sont particulièrement économes en énergie et permettent une longue durée de vie malgré une batterie de petite taille.

Peter Kampmann and his colleagues at the DFKI are testing new approaches to control and navigation with the Micro-AUV.

Bientôt une excursion sur la lune de Jupiter?

L´Europa Explorer est un autre projet passionnant mené par le DFK: il s´agit d´un véhicule d´exploration sous-marine, allongé et de la forme d´un fin cigare. Son objectif à long terme est d'explorer Europe, la lune de Jupiter. Elle est recouverte d´une couche de glace de 3 à 15 kilomètres d´épaisseur, sous laquelle se trouve un océan. Le DFKI étudie le potentiel d´une telle mission pour le compte du centre aérospatial allemand (DLR). Selon les projections actuelles, l´AUV devrait atteindre l´océan souterrain à l´intérieur d´une foreuse, de laquelle il se détacherait pour collecter des données, de manière autonome, qu'il transmettrait ensuite à la Terre.

L´Europa Explorer sera utilisé pour explorer Europe, la lune de Jupiter.

Le prototype testé actuellement au DFKI est équipé d´un contrôleur de moteur module Escon 50/5 de maxon. Ce contrôleur est particulièrement populaire du fait de sa dynamique et de sa fonction d´assistance. «Le contrôleur détecte de lui-même les sources d´erreur, ce qui facilite grandement notre travail», explique Peter Kampmann. Et après la visite du Robotics Innovation Center, au DFKI, une chose est claire: Le secteur des applications sous-marines n´est plus guère dominé par de grands composants robustes et l´improvisation. La technologie des capteurs, l´automatisation et la robotique ont désormais elles aussi leur mot à dire. Un point de départ prometteur pour l´avenir.

Robotics Center

Le centre de recherche allemand pour l´intelligence artificielle (Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, DFKI) est le principal institut allemand en technologies logicielles innovantes basées sur des méthodes d´intelligence artificielle. Il emploie 800 personnes, qui travaillent sur plusieurs sites. Au centre d´innovation en robotique de Brême, quelque 130 employés et 80 étudiants travaillent sur 25 à 30 projets portant sur des robots dans l´espace ou en haute mer.

Excursions spéciales en eaux profondes

maxon motor s´aventure dans les ténèbres de l´océan. Après une période de développement de deux ans, le spécialiste suisse des entraînements présente ses propres entraînements sous-marins. Ces propulseurs sont constitués d´un moteur DC sans balais, d´un réducteur et d´un contrôleur. À quoi s´ajoutent le boîtier et une hélice. Conçue pour être utilisée dans l´eau de mer, cette unité résiste à la pression d'une profondeur de 6 000 mètres (600 bar) et à la corrosion.

Pour ce faire, maxon utilise principalement du titane et du plastique. Les ingénieurs ont collaboré avec le centre de recherche allemand sur l´intelligence artificielle (DFKI) pour réaliser les opérations de développement. Cet institut est spécialisé dans les véhicules sous-marins. Le premier modèle du propulseur, le MT30, est disponible cette année en tant que produit standard. D´autres tailles sont prévues (diamètres de 20, 40 et 70 millimètres) sont prévues.

maxon thruster MT30

Rempli d´huile et résistant à la pression

maxon propose un système d´entraînement résistant à la pression comme solution standard pour les applications sous-marines personnalisées. Le cœur du système: une combinaison de motoréducteurs, comprenant un moteur DC sans balais et un réducteur planétaire. Pour être protégé de la corrosion, l´entraînement est enfermé dans un boîtier en plastique et scellé avec deux brides en titane. Il peut être connecté à un compensateur.

L´unité d´entraînement remplie d´huile est reliée au compensateur par un tube. La pression de l´eau est transférée à l´huile par une membrane qui, en fonction de la profondeur ou de la pression de l´eau, est comprimée en un volume particulier. L´entraînement est équipé de connecteurs destinés à la connexion de l´électronique de commande. L´entraînement sous-marin compact est disponible avec des diamètres de 16 à 42 millimètres qui est modifiable selon les exigences du client.

maxongroup.com

Entraînement sous-marin rempli d´huile comprenant un moteur à courant continu sans balais, un réducteur planétaire et un contrôleur. Résistant à la pression jusqu´à une profondeur de 6 000 mètres.

Copyright des images
maxon motor ag; DFKI