I vattnet i Alleria, Korsika, Frankrike. Kredit: DRASSM, Gedeon, Stanford University
Liksom undervattensroboten OceanOneK som noggrant navigerade till toppdäcksräcket på den sjunkna italienska ångbåten Le Francesco Crispi cirka 500 meter under Medelhavets yta denna månad (ungefär en tredjedel av en mil), kändes Stanford University-roboten Osama Khatib som om han var där själv.
OceanOneK den har en humanoid övre halva och en smalare bakre halva med åtta multi-riktade thrusters som möjliggör noggrann undervattensmanövrering. Robotens återkopplingssystem och stereoskopiska syn skapar otroligt realistiska förnimmelser som är lika med vad den skulle uppleva om den var under, snarare än över, ombord på kontrollfartyget. En titt genom OceanOneK Genom robotens ögon och känsla genom dess händer såg Khatib ett kalejdoskop av livet – rosa, grönt och rostanange – i lager på och runt skeppet. Han kunde känna vattnets motstånd och kunde urskilja formerna och närheten till den historiska reliken omkring honom.
“Du kommer väldigt nära den här fantastiska strukturen, och något fantastiskt händer när du rör vid den: Du känner det verkligen,” sa Khatib, som är Weichai-professor vid School of Engineering och chef för Stanford Robotics Laboratory. “Jag har aldrig upplevt något liknande i mitt liv. Jag kan säga att det är jag som rörde Crispy på 500m. Och jag gjorde det – jag rörde vid det, jag kände det.”
OceanOnes missionK till dessa djup hade två mål: att utforska platser som ingen hade besökt tidigare, och att visa att mänsklig beröring, vision och interaktivitet kunde föras till dessa platser långt ifrån där människor kunde arbeta.
Medan OceanOneK hade många anmärkningsvärda äventyr och framgångar under två resor med flera stopp runt Medelhavet, var den viktigaste bedriften för laget som inkluderade Michel L’Or, tidigare chef för undervattensarkeologisk forskning vid det franska kulturministeriet (DRASSM), Vincent Crouse från LIRMM vid universitetet i Montpellier, Denis Degues och Franca Sibechini från DRASSM, och farkostens besättning visade funktionell autonomi nästan 1 000 m ner. Det var dessa framsteg som gjorde att OceanOne döpte om till OceanOneK.
“Det här är första gången en robot kan gå till ett sådant djup, interagera med sin omgivning och låta en mänsklig operatör känna av den miljön,” sa Khatib. “Det har varit en fantastisk resa.”
Kredit: Andrew Brodhead, Stanford News Service
Första djupdyket
Februaridyket till Crispy var en del av en Medelhavsturné med flera stopp för OceanOneK som började i september 2021 med två stopp nära Marseille till ett P-38 Lightning-flygplan från andra världskriget på 40m (ca 130ft) och Le Protée-ubåten på 124m ( ca 400 fot). Det tredje låg bredvid ett romerskt skepp från andra århundradet vid Alleria, Korsika på 334 m (nästan 1 100 fot), och Crispi var nästa.
Jakten på rätt tid sköt sedan laget till Cannes. Där användes robotens bomkamera för första gången när man observerade i cockpiten på ett Beechcraft Baron F-GDPV-flygplan som var 67 meter nere (över 200 fot). Det sista dyket var på 852 m – över en halv mil ner – där teamet, när de stannade för att kontrollera propellern, oroligt upptäckte att roboten inte kunde ta sig upp. OceanOneK det var fullt funktionellt, men flottörerna runt kommunikations- och kraftledningen som ansluter till den övre kortet hade kollapsat och lämnat den långa, tunga linjen staplad ovanpå roboten. Genom att dra upp slacken kunde de fortsätta dyket.
Som en minnesmarkering placerade OceanOneK en plakett på havsbotten där det stod:
Den första roboten berör djuphavsbotten
En helt ny värld för människor att utforska
Kredit: Andrew Brodhead, Stanford News Service
OceanOne … två
OceanOneK robotens expedition till 1 km-märket var i arbete. Det började med otaliga timmar av design, experiment och sammansättning med andra teammedlemmar i labbet, dussintals resor till Stanford-poolen för felsökning och otaliga lärdomar att lära sig innan man möter den verkliga världens oförutsägbarhet.
Föregångaren till OceanOneK, OceanOne är byggd för att nå djup på cirka 200 m som mest. För att ta roboten djupare anpassade forskarna dess kropp med ett speciellt skum tillverkat av glasmikrosfärer som ger flytkraft samtidigt som de klarar det enorma trycket på 1 km djup – ett tryck som är mer än 100 gånger högre än vid havsnivån. Dessutom var robotens armar fyllda med olja och en fjädermekanism som komprimerade oljan för att matcha det yttre trycket, vilket förhindrade kollaps och dämpade elektroniken. Forskarna gjorde också om många små komponenter i hela OceanOne för att minimera mängden komprimerbar luft i enskilda delar och hålla roboten så kompakt som möjligt.
OceanOneK inkluderade ytterligare förbättringar som ökade flexibiliteten för arm- och huvudrörelser, samt två nya typer av händer – en utvecklad av Mark Kutkoskis labb i Stanford och en av professor Antonio Bicci vid University of Pisa och Italian Institute of Technology, IIT .
Redo för problem
Simmare vid Stanfords Avery Recreation Pool under de senaste åren kan ha sett OceanOneK sjunka under vatten när forskarna provade olika manövrar och experimenterade med instrument. Verktygen var att bära lådor och en bommonterad videokamera som gjorde att de kunde se in i trånga och otillgängliga utrymmen – utrymmen dit roboten inte kunde gå.
Kredit: DRASSM, Gedeon, Stanford University
“Det var många månaders testning, under COVID, två gånger i veckan,” sa Adrian Piedra, också en doktorand vid Stanford Robotics Lab, medan de upprepade problemen tills allt – beröring, kontroll, syn – fungerade smidigt.
Sådana förberedelser gav resultat på många sätt, men särskilt när teamet var tvungen att reparera OceanOneK under sin första expedition. “Detta krävde att roboten öppnades i bitar på båtens däck på natten, medvind och under stormar,” sa Khatib. “Våra heroiska elever – Adrian Piedra och Wesley Guo – arbetade oavbrutet för att fixa roboten.” Deras uthållighet, beslutsamhet och eventuella framgång förvånade alla ombord, enligt Khatib.
“Roboten har så många funktioner och så många sammankopplade komponenter att om det finns en trasig del kan det ta oss en hel dag att demontera, reparera och montera ihop”, säger Stanford Robotics Lab-student Bo Kim, som reste med OceanOne och samarbetade från campus för OceanOneK. “Allt måste gå ihop och fungera tillsammans för att få en framgångsrik expedition, och det är verkligen utmanande.”
Juliexpeditionen
I somras fick laget en andra chans att dyka till det romerska skeppet och Crispi, efter vissa svårigheter vid sina första besök. När de först interagerade med det romerska skeppet, försökte teamet och misslyckades med att hämta en oljelampa från skeppet. På Crispi i februari gjorde en armskada att bomkameran inte kunde användas. Det var alla system som gick för dyken i juli.
OceanOneK dök igen till det romerska skeppet, den här gången under ledning av teamets arkeologer, och återfann framgångsrikt en handfull värdefulla antika vaser som går tillbaka till det romerska imperiet, inklusive några som inte tidigare setts i DRASSMs samlingar. Dessa var exceptionella fynd eftersom de fortfarande bar tillverkarens namn och etikett, vilket illustrerar fördelarna med noggrann ultradjup artefaktåterställning.
Vid ett andra dyk till Crispi förlängde Khatib bomkammaren in i fartygets trasiga skrov, var försiktig så att du inte rörde kanterna på revan. Teamets marinbiolog guidade honom och tittade ivrigt på när de yttre korallerna gav vika för inre rostformationer – rosthängsformade formationer – som visade effekterna av cirka åttio år av bakteriell interaktion med skeppets järn.
Kredit: DRASSM, Gedeon, Stanford University
Ser tillbaka och framåt
Piedra berättade att han i efterhand började se den större bilden, hur stora utmaningarna var som de övervann och hur enormt arbetet de gjorde.
“Vi åker hela vägen till Frankrike för expeditionen, och där, omgiven av ett mycket större team som kommer från en mängd olika bakgrunder, inser du att en del av den roboten du har arbetat med på Stanford faktiskt är en del av något mycket större, säger han. “Du får en känsla av hur viktigt detta är, hur nytt och betydelsefullt dyket kommer att bli och vad det betyder för vetenskapen som helhet.”
Project OceanOne förkroppsligar inte bara avancerade innovationer inom taktik, undervattensrobotik och interaktion mellan människa och robot, utan också nya möjligheter för marin vetenskap och undervattensteknikaktiviteter, såsom inspektion och reparation av båtar och infrastruktur, inklusive bropirer och undervattensrörledningar.
Andra expeditioner planeras till olika platser runt om i världen, inklusive förlorade städer begravda i djupa sjöar, korallrev och arkeologiskt betydelsefulla lämningar på djup så långt bortom mänsklig räckvidd att OceanOneK ger en unik möjlighet att förstå det förflutna.
“Att fysiskt distansera människor från farliga och otillgängliga utrymmen, samtidigt som de kopplar deras färdigheter, intuition och erfarenhet till uppgiften, lovar att fundamentalt förändra distansarbete”, sa Khatib. “Robotiska avatarer kommer att söka efter och skaffa material, bygga infrastruktur och genomföra katastrofförebyggande och återställningsoperationer – vare sig det är djupt i hav och gruvor, på bergstoppar eller i rymden.”
Biomimetisk elastomer robothud har taktila avkänningsförmåga
Tillhandahålls av Stanford University
Citat: Undervattensrobot kopplar människors syn och beröring till djuphavet (2022 21 juli) Hämtad 21 juli 2022 från
Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Med undantag för rättvisa affärer för privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.
