Il nuovo mondo sottomarino

Gli ingegneri del Robotics Innovation Center di Brema lavorano ai robot subacquei, destinati a farci conoscere gli oceani del mondo e, in futuro, anche le acque profonde di altri pianeti.

La passione degli ingegneri è evidente dall'albero di Natale posto sul fondo di una grande cisterna d'acqua per tutto il mese di dicembre, posizionato in bella mostra per essere ammirato da tutti i visitatori del Centro di ricerca tedesco sull'intelligenza artificiale (DFKI) di Brema. La galleggiabilità fa salire verso l'alto le palline dell'albero. L'illuminazione adatta è fornita da luci chiare da 230 V, ma non preoccupatevi: i ricercatori sanno il fatto loro, la tecnologia subacquea è la loro area di specializzazione. Hanno decorato l'albero di Natale per divertirsi nel tempo libero. “Grazie alle perfette condizioni qui all'istituto, la motivazione per sperimentare nuovi approcci innovativi è davvero tanta. A volte ci piace fermarci più a lungo,” dice Peter Kampmann, ricercatore associato e specialista in robotica subacquea al DFKI Robotics Innovation Center.

Kampmann ci accompagna attraverso il grande padiglione dedicato all'esplorazione marittima del DFKI. Il padiglione ospita un sistema per le prove di robot sommozzatori unico in tutta Europa: un bacino di acqua salata profondo otto metri con una capacità di 3,4 milioni di litri. È perfettamente attrezzato per i test di nuovi sistemi subacquei che stimolano a esplorare acque sconosciute con navi e condotte o effettuare misurazioni nei mari profondi.

Il settore marino ha vissuto nell'ombra per molti anni, ad esempio, vaste aree degli abissi marini sono ancora inesplorate. Quindi non sappiamo cosa ci sia là sotto, a profondità di 3.000 o 6.000 metri. Persino le mappe della superficie di Marte sono più precise. Tutto questo è però destinato a cambiare nei prossimi anni, anche grazie alle moderne tecnologie. Il Robotics Innovation Center del DFKI lavora in stretta collaborazione con gli ingegneri maxon a nuovi azionamenti subacquei con motori DC senza spazzole. Sono resistenti alla pressione, compatti ed energeticamente efficienti, perfettamente adatti per i ROV (veicoli operati in remoto) e AUV (veicoli subacquei autonomi). Uno sviluppo molto utile per Peter Kampmann e i suoi colleghi. “Nuovi componenti più leggeri e potenti ci aprono la strada verso opportunità completamente nuove.”

Il confronto con l'orso polare

La tendenza della tecnologia subacquea è guidata dallo slogan “piccoli e intelligenti.” Gli ingegneri lavorano alla costruzione di veicoli dotati di sensori ed elettronica. Le macchine devono essere in grado di effettuare ricerche, raccogliere dati e reagire autonomamente a diversi scenari per mesi e senza alcun intervento umano. Non si tratta di un compito semplice in condizioni così avverse: la visibilità è scarsa e le lunghezze d'onda utilizzate per i segnali GPS o WLAN vengono rapidamente assorbite in acqua. Tutto questo rende difficile la navigazione. Inoltre, l'acqua salata intacca i componenti e con il trascorrere del tempo corrode persino l'acciaio inossidabile. Per questo le parti sensibili come gli alberi motore devono essere realizzate in titanio. E non da ultimo la pressione ambiente è alta: a 6.000 metri è pari a 600 bar. Si potrebbe indicativamente paragonare a un orso polare adulto seduto in uno spazio di un solo centimetro quadrato. Il Robotics Innovation Center è in grado di simulare questi valori in una camera pressurizzata. Qui maxon ha fatto testare gli azionamenti subacquei appositamente sviluppati. I componenti a una profondità di 6.000 metri possono essere utilizzanti in oltre il 95 percento degli oceani.

Ogni grammo conta

Mentre passeggiamo per il Robotics Innovation Center of the DFKI ci imbattiamo in diversi veicoli subacquei, ad esempio, il Micro-AUV. Come dice il nome, è particolarmente piccolo ed è utilizzato dai ricercatori per testare nuovi approcci di comando e navigazione. Ogni elemento del veicolo deve essere progettato per ottenere la minima galleggiabilità residua. Sott'acqua ogni grammo di galleggiabilità in più fa la differenza perché se un sistema si guasta in un determinato momento, deve risalire in superficie attraverso il controllo della galleggiabilità positivo o altrimenti sarà perso per sempre. Il Micro-AUV è azionato da quattro motori DC di maxon. Si tratta di azionamenti particolarmente efficienti dal punto di vista energetico con una vita utile prolungata nonostante la batteria di piccole dimensioni.

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

Presto in viaggio verso le lune di Giove?

Un altro affascinante progetto del DFKI è l'Europa Explorer, un veicolo per le esplorazioni subacquee, dalla forma allungata e sottile che ricorda un sigaro. L'obiettivo a lungo termine del progetto prevede l'esplorazione di Europa, una delle lune di Giove. È coperta da uno strato di ghiaccio con spessore tra i 3 e 15 chilometri sotto i quali si trova un oceano. Il DFKI sta analizzando il potenziale di una missione di questo tipo per conto dell'Agenzia spaziale tedesca (DLR). Secondo la teoria corrente, l'AUV dovrebbe raggiungere l'oceano sotterraneo all'interno di una trivella per poi staccarsi e raccogliere dati in autonomia e inviarli successivamente alla Terra.

Europa Explorer verrà utilizzato per l'esplorazione di Europa, una delle lune di Giove.

Il sistema attualmente oggetto di test al DFKI è dotato di un servocontrollore maxon Escon Module 50/5, particolarmente noto per la dinamica e la funzione di assistenza. “L'unità di comando rileva autonomamente le fonti di errore rendendo più piacevole il nostro lavoro,” dice Peter Kampmann. E dopo la visita al DFKI Robotics Innovation Center è chiaro: il settore delle applicazioni subacquee non è più caratterizzato da componenti grandi e robusti e improvvisazioni. Tecnologia a sensori, automazione e robotica stanno acquisendo sempre più un ruolo di primo piano: un promettente punto di partenza per il futuro.

Robotics Center

Il Centro di ricerca tedesco sull'intelligenza artificiale (DFKI) è l'istituto tedesco leader nel campo delle tecnologie software innovative basate sull'intelligenza artificiale. Conta 800 collaboratori distribuiti in varie sedi. Al Robotics Innovation Center di Brema, circa 130 dipendenti e 80 studenti stanno lavorando a 25 - 30 progetti dedicati ai robot nello spazio o sui fondali marini.

Azionamenti speciali per gli abissi marini

maxon motor sta per avventurarsi nelle oscure profondità degli oceani. Dopo uno sviluppo durato due anni, lo specialista svizzero degli azionamenti presenta ora i propri azionamenti subacquei. Questi propulsori sono composti da un motore DC senza spazzole, un riduttore e una unità di comando, a cui si aggiungono l'alloggiamento e un propulsore. L'unità è progettata per l'uso in acqua salata, resiste alla pressione fino a una profondità di 6.000 metri (600 bar) e alla corrosione,

caratteristiche garantite da maxon grazie all'uso di titanio e plastica. Durante le fasi di sviluppo, gli ingegneri hanno collaborato con il Centro di ricerca tedesco sull'intelligenza artificiale (DFKI), istituto specializzato nei veicoli subacquei. Da quest'anno il primo modello del propulsore, MT30, è disponibile come prodotto standard. Sono in programma modelli con altre dimensioni (diametri di 20, 40 e 70 millimetri).

maxon thruster MT30

Riempito con olio e resistente alla pressione

maxon propone un sistema di azionamento resistente alla pressione come soluzione standard per applicazioni subacquee personalizzate. L'elemento chiave è una combinazione di ingranaggi formati da un motore DC brushless e da un riduttore planetario. Per la protezione dalla corrosione, l'azionamento è racchiuso in un alloggiamento di plastica e sigillato con due flange in titanio, inoltre può essere collegato a un compensatore.

L'unità di azionamento riempita con olio è collegata al compensatore con un tubo. La pressione dell'acqua viene trasferita all'olio da una membrana che, a seconda della profondità dell'acqua o della pressione, viene compressa da un volume particolare. L'azionamento è dotato di connettori per il collegamento all'elettronica di comando. Questo compatto azionamento subacqueo è disponibile con diametri da 16 a 42 millimetri, e può essere customizzato in base alle esigenze del cliente.

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L'azionamento subacqueo riempito con olio comprende un motore DC brushless, un riduttore planetario e una unità di comando. Resistente alla pressione fino a 6.000 metri di profondità

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maxon motor ag; DFKI