Паркът от автономни лодки може да обслужва някои градове, намалявайки движението по пътищата
Бъдещето на транспорта в богати на водни пътища градове като Амстердам, Банкок и Венеция ще включва автономни лодки. Там каналите се движат покрай и под оживени улици и мостове. Това е изключително удобен начин за пренасяне на стоки и хора. Методът ще помага за премахване на задръстванията по пътищата.
Изследователи от Лабораторията за компютърни науки и изкуствен интелект на MIT, направиха крачка към това бъдеще. Те проектираха флот от автономни лодки, които предлагат висока маневреност и прецизен контрол. Водните превозни средства могат да бъдат бързо произведени с използване на 3-D принтер, което ги прави масово достъпни.
Лодките могат да се използват за превозване на хора и за доставка на стоки. В бъдеще изследователите предвиждат и лодки без шофьори, пригодени да извършват градски услуги през нощта, вместо през натовареното ежедневие. Така допълнително ще се намалят задръстванията както по пътищата, така и по каналите.
Изместване на част от инфраструктурните услуги, които обикновено се извършват през деня на пътя, използвайки флот от автономни лодки ще облекчи неимоверно дневния трафик.
Нещо повече, лодките оборудвани със сензори, микроконтролери, GPS модули и друг хардуер, биха могли да бъдат програмирани за самостоятелно сглобяване в плаващи мостове, концертни сцени, платформи за пазари на храни и други структури. Това ще става в рамките на броени часове.
Плаващият транспорт може да бъде оборудван с екологични сензори, които да наблюдават водите на града с цел предпазване на хората и околната среда.
По-добър контрол
Работата е част от проекта „Roboat”. Той се осъществява посредством сътрудничество между MIT Senseable City Lab и Амстердамския институт за съвременни решения. През 2016 г., като част от проекта, изследователите тестваха прототип, който обикаляше около каналите на града, движейки се напред, назад и странично по предварително програмиран път.
Във връзка с това се описват няколко важни иновации: бърза техника на изработка, по-ефективен и гъвкав дизайн и усъвършенствани алгоритми за проследяване на траекторията. Те спомагат за подобряване контрола, прецизността за докинг и фиксиране.
В правоъгълния корпус на лодките са интегрирани захранване, Wi-Fi антена, GPS и миникомпютър и микроконтролер. За прецизно позициониране изследователите са включили вътрешна ултразвукова сигнална система и външни кинематични GPS модули в реално време. Те позволяват локализация на ниво до сантиметър, както и модул за инерциално измерване. Последният следи нивото на ъгъла и скорост на лодката.
Плавателните средства са с правоъгълна форма, вместо традиционните модели за каяк или катамаран. Това позволява на съда да се движи настрани и да се прикрепи към други лодки при сглобяване на по – големи конструкции. В центъра на всяка страна са разположени четири тяги, вместо в ъглите, генериращи сили за движение напред и назад. Това прави лодката маневрена и ефективна.
Екипът също разработи метод, който позволява да се проследява позицията и ориентацията по-бързо и точно. За да направят това, те разработиха ефективна версия на алгоритъм за прогнозиране на нелинейния модел, който обикновено се използва за контрол и навигация на роботи в различни ограничени пространства.
До този момент подобни алгоритми са тествани само в симулация или не отчитат динамиката на лодката. Вместо това, изследователите включиха опростени нелинейни математически модели. С тяхна помощ се отчитат няколко известни параметъра, като влачене на лодката и центробежни сили. Беше добавена маса при ускоряване или забавяне във водата. Използван е алгоритъм за идентификация. Той ще засича непознати параметри.
Инсталирана е също ефикасна платформа за предсказващ контрол. Ако други алгоритми изпълняват анализ за около 100 милисекунди, алгоритъмът на изследователите отнема по-малко от 1 милисекунда.
Тестване във вода
За да демонстрират ефикасния контрол, учените разположили по-малък прототип на лодката по предварително планирани пътеки в басейн и в река. В течение на 10 тестови серии се наблюдават средни грешки при проследяване, позициониране и ориентация и по-малки грешки при проследяване на традиционните алгоритми за управление.
Тази точност се дължи отчасти на бордовите GPS и IMU модули на лодката, които определят положението и посоката до сантиметър. Алгоритъмът на NMPC претегля различни показатели, за да управлява лодката ефективно. Той се реализира в компютър на контролер и регулира всеки тласкач поотделно, като се актуализира на всеки 0,2 секунди. Контролерът отчита динамиката на лодката, текущото положение, ограниченията на тягата и референтната позиция за следващите няколко секунди, за да оптимизира пътя на движение.
Висока ефективност за водните райони
Двадесет процента от повърхността в Холандия е вода и роботизираните лодки могат да бъдат ефективен транспорт. Това е първа стъпка в тази посока, с обещаващи резултати.
Следваща стъпка в работата е разработването на адаптивни контролери за отчитане на промените в масата и движението на лодката при транспортиране на хора и стоки. Изследователите ще методите, за да отчитат вълновите смущения.
