vehículo submarino autónomo

La industria del petróleo y el gas utiliza vehículos submarinos autónomos (AUV) para crear mapas detallados del lecho marino antes de comenzar la construcción de infraestructura submarina; esto permite instalar oleoductos y terminaciones submarinas de la manera más rentable y con un impacto ambiental mínimo. El AUV permite a las empresas de topografía realizar estudios precisos en áreas donde los estudios batimétricos tradicionales serían menos efectivos o demasiado costosos. Además, ahora es posible realizar estudios posteriores a la instalación de tuberías, incluyendo la inspección de oleoductos. El uso de AUV para la inspección de oleoductos y estructuras artificiales submarinas es cada vez más común. También se están desarrollando AUV para la posible minería del lecho marino y/o la extracción de rocas nodulares polimetálicas . ^{[ 3 ]}

Los científicos utilizan vehículos submarinos autónomos (AUV) para estudiar lagos, océanos y el lecho marino. Se les pueden acoplar diversos sensores para medir la concentración de diferentes elementos o compuestos, la absorción o reflexión de la luz y la presencia de vida microscópica. Algunos ejemplos son los sensores de conductividad, temperatura y profundidad (CTD), los fluorómetros y los sensores de pH . Además, los AUV pueden configurarse como vehículos de remolque para transportar paquetes de sensores personalizados a ubicaciones específicas.

El Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad de Washington ha estado creando versiones de su plataforma de vehículos submarinos autónomos Seaglider desde la década de 1950. Si bien el Seaglider fue diseñado originalmente para la investigación oceanográfica, en los últimos años ha despertado gran interés entre organizaciones como la Armada de los Estados Unidos y la industria del petróleo y el gas. ^{[ 4 ]}

Un ejemplo de un vehículo submarino autónomo (AUV) que interactúa directamente con su entorno es el robot para la estrella de mar corona de espinas ( COTSBot ), creado por la Universidad Tecnológica de Queensland (QUT). El COTSBot localiza y erradica la estrella de mar corona de espinas ( Acanthaster planci ), una especie que daña la Gran Barrera de Coral . Utiliza una red neuronal para identificar la estrella de mar e inyecta sales biliares para matarla. ^{[ 5 ]}

La Universidad Tecnológica de Queensland también ha desarrollado el AUV RangerBot como predecesor del COTSBot para ayudar a monitorear la Gran Barrera de Coral y los arrecifes alrededor del mundo. El RangerBot fue diseñado para ser desplegado por una sola persona y ofrece visión a bordo en tiempo real para navegación, detección de obstáculos y tareas de gestión. ^{[ 6 ]}

Muchos aficionados a la robótica construyen vehículos submarinos autónomos (AUV) como pasatiempo. Existen varias competiciones que permiten que estos AUV caseros compitan entre sí mientras logran objetivos. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} Al igual que sus homólogos comerciales, estos AUV pueden equiparse con cámaras, luces o sonar. Como consecuencia de los recursos limitados y la inexperiencia, los AUV de aficionados rara vez pueden competir con los modelos comerciales en profundidad operativa, durabilidad o sofisticación. Finalmente, estos AUV de aficionados generalmente no son aptos para el océano, sino que se operan la mayor parte del tiempo en piscinas o lechos de lagos. Un AUV simple puede construirse con un microcontrolador, una carcasa de presión de PVC , un actuador de cerradura automática de puerta, jeringas y un relé DPDT . ^{[ 10 ]} Algunos participantes en competiciones crean diseños que se basan en software de código abierto. ^{[ 11 ]}

Los narcotraficantes han fabricado submarinos que viajan de forma autónoma a un destino mediante navegación GPS. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

Los vehículos submarinos autónomos, por ejemplo el AUV ABYSS , se han utilizado para encontrar restos de aviones desaparecidos, por ejemplo el vuelo 447 de Air France , ^{[ 16 ]} y el AUV Bluefin-21 se utilizó en la búsqueda del vuelo 370 de Malaysia Airlines . ^{[ 17 ]}

El Plan Maestro de Vehículos Submarinos No Tripulados (UUV) de la Armada de los Estados Unidos ^{[ 18 ]} identificó las siguientes misiones de UUV en 2004:

• Inteligencia, vigilancia y reconocimiento
• Contramedidas contra minas
• guerra antisubmarina
• Inspección/identificación
• Oceanografía
• nodos de red de comunicación/navegación
• Entrega de carga útil
• Operaciones de información
• Huelgas con plazos de entrega ajustados

Para 2014, el Plan Maestro de la Armada dividió todos los UUV en cuatro clases: ^{[ 19 ]}

• Clase de vehículo portátil tripulado: desplazamiento de 25 a 100 libras; autonomía de 10 a 20 horas; lanzamiento manual desde pequeñas embarcaciones (por ejemplo, REMUS ; Mk 18 Mod 1 Swordfish UUV).
• Vehículo ligero: desplazamiento de hasta 500 lb, autonomía de 20 a 40 horas; se lanza desde una lancha neumática semirrígida (RHIB) mediante un sistema de lanzamiento y recuperación o mediante grúas desde buques de superficie (por ejemplo, el vehículo submarino no tripulado Kingfish Mk 18 Mod 2).
• Vehículos de gran tonelaje: desplazamiento de hasta 3000 libras, autonomía de 40 a 80 horas, lanzados desde submarinos.
• Vehículos de gran tamaño: desplazamiento de hasta 10 toneladas largas; se lanzan desde buques de superficie y submarinos.

En 2019, la Armada encargó cinco vehículos submarinos no tripulados Orca , su primera adquisición de submarinos no tripulados con capacidad de combate. ^{[ 20 ]}

En 2022-23, durante la invasión rusa de Ucrania , las fuerzas armadas ucranianas realizaron varios avances en la tecnología de vehículos de superficie no tripulados (USV) utilizando una arquitectura de control autónomo , a veces con actualizaciones telerrobóticas a mitad de la misión . Empleados en un ataque con múltiples USV contra buques de la armada rusa en la base naval de Sebastopol en octubre de 2022 ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} y las instalaciones navales rusas en Novorossiysk en noviembre de 2022, ^{[ 24 ]} y en agosto de 2023 hubo ataques adicionales en Novorossiysk. ^{[ 25 ] [ 26 ]} La armada rusa adaptó tanto las defensas como la estrategia de flota como resultado de estos ataques, ^{[ 27 ] [ 21 ] [ 28 ]} de tal manera que, para enero de 2024, la armada ucraniana estaba desarrollando AUV para aumentar la capacidad ofensiva contra las defensas mejoradas de USV rusas como el AUV multipropósito Marichka . ^{[ 29 ]}

Los vehículos submarinos autónomos ( AUV) llevan sensores para navegar de forma autónoma y cartografiar las características del océano. Los sensores típicos incluyen brújulas , sensores de profundidad, sonares de barrido lateral y otros tipos de sonar , magnetómetros , termistores y sondas de conductividad. Algunos AUV están equipados con sensores biológicos, como fluorómetros (también conocidos como sensores de clorofila ), sensores de turbidez y sensores para medir el pH y la cantidad de oxígeno disuelto .

Una demostración realizada en la bahía de Monterey , California, en septiembre de 2006, demostró que un vehículo submarino autónomo (AUV ) de 530 mm (21 pulgadas) de diámetro puede remolcar un conjunto de hidrófonos de 120 m (400 pies) de longitud manteniendo una velocidad de crucero de 11 km/h (6 nudos ).   

Las ondas de radio no pueden penetrar mucho en el agua, por lo que en cuanto un AUV se sumerge pierde su señal GPS. Por lo tanto, un método estándar para que los AUV naveguen bajo el agua es mediante estima . Sin embargo, la navegación se puede mejorar utilizando un sistema de posicionamiento acústico subacuático . Cuando opera dentro de una red de transpondedores de línea base desplegados en el fondo marino, esto se conoce como navegación LBL . Cuando se dispone de una referencia de superficie, como un buque de apoyo, se utiliza el posicionamiento de línea base ultracorta (USBL) o de línea base corta (SBL) para calcular dónde se encuentra el vehículo submarino con respecto a la posición conocida ( GPS ) de la embarcación de superficie mediante mediciones acústicas de alcance y rumbo. Para mejorar la estimación de su posición y reducir los errores en la estima (que aumentan con el tiempo), el AUV también puede emerger y obtener su propia posición GPS. Entre las correcciones de posición y para maniobras precisas, un sistema de navegación inercial a bordo del AUV calcula, mediante estima, la posición, la aceleración y la velocidad del AUV. Las estimaciones pueden realizarse utilizando datos de una unidad de medición inercial y mejorarse añadiendo un registrador de velocidad Doppler (DVL), que mide la velocidad de desplazamiento sobre el fondo marino o lacustre. Normalmente, un sensor de presión mide la posición vertical (profundidad del vehículo), aunque la profundidad y la altitud también pueden obtenerse a partir de las mediciones del DVL. Estas observaciones se filtran para determinar la solución de navegación final.

Existen varias técnicas de propulsión para AUV. Algunas utilizan un motor eléctrico con o sin escobillas , una caja de engranajes, un sello labial y una hélice que puede estar rodeada por una boquilla o no. Todas estas piezas, integradas en la construcción del AUV, participan en la propulsión. Otros vehículos utilizan una unidad de propulsión para mantener la modularidad. Según la necesidad, la unidad de propulsión puede estar equipada con una boquilla para la protección contra colisiones de la hélice o para reducir la emisión de ruido, o puede estar equipada con una unidad de propulsión de accionamiento directo para mantener la eficiencia al nivel más alto y el ruido al nivel más bajo. ^{[ 37 ]} Las unidades de propulsión avanzadas para AUV cuentan con un sistema de sellado de eje redundante para garantizar un sellado adecuado del robot incluso si uno de los sellos falla durante la misión.

Los planeadores submarinos no se propulsan directamente. Al cambiar su flotabilidad y trimado, se sumergen y ascienden repetidamente; unas "alas" aerodinámicas convierten este movimiento vertical en movimiento hacia adelante. El cambio de flotabilidad se realiza normalmente mediante una bomba que puede aspirar o expulsar agua. El cabeceo del vehículo se puede controlar moviendo su centro de masa. En los planeadores Slocum, esto se hace internamente moviendo las baterías, que están montadas sobre un tornillo. ^{[ 38 ]} Debido a su baja velocidad y electrónica de bajo consumo, la energía necesaria para cambiar los estados de trimado es mucho menor que la de los AUV convencionales, y los planeadores pueden tener autonomías de meses y alcances transoceánicos.

Dado que las ondas de radio no se propagan bien bajo el agua, muchos vehículos submarinos autónomos (AUV) incorporan módems acústicos para permitir el control y la comunicación remotos. Estos módems suelen utilizar técnicas de comunicación y esquemas de modulación propios. En 2017, la OTAN ratificó el estándar ANEP-87 JANUS para comunicaciones submarinas. Este estándar permite enlaces de comunicación de 80 bps con formato de mensaje flexible y extensible. Se están explorando técnicas de comunicación alternativas, incluidas técnicas ópticas, inductivas y basadas en radiofrecuencia, que pueden combinarse en soluciones multimodales. ^{[ 39 ]} También se están realizando evaluaciones de nuevas técnicas de comunicación que pueden utilizar la infraestructura como vía de comunicación para proporcionar vías y oportunidades de comunicación alternativas desde los vehículos. ^{[ 40 ]}

La mayoría de los vehículos submarinos autónomos (AUV) en uso actualmente funcionan con baterías recargables ( de iones de litio , polímero de litio , níquel-metal hidruro , etc.) y cuentan con algún tipo de sistema de gestión de baterías . Algunos vehículos utilizan baterías primarias que ofrecen quizás el doble de autonomía, aunque con un coste adicional considerable por misión. Anteriormente, algunos sistemas utilizaban semiceldas de combustible de aluminio , pero estas requieren un mantenimiento sustancial, recargas costosas y generan residuos que deben gestionarse de forma segura. Una tendencia emergente es combinar diferentes sistemas de baterías y alimentación con supercondensadores .

• Tecnología y aplicaciones de vehículos submarinos autónomos Gwyn Griffiths ISBN 978-0-415-30154-1
• Revisión de los avances en vehículos submarinos autónomos (AUV) doi : 10.5962/bhl.title.39207 OCLC 227209412 
• Curso avanzado sobre tecnología de vehículos submarinos autónomos para la ciencia polar ISBN 978-0-906940-48-8
• El funcionamiento de los vehículos submarinos autónomos2 ISBN 978-0-906940-40-2
• Simposio de 1996 sobre tecnología de vehículos submarinos autónomos ISBN 978-0-7803-3185-3
• Desarrollo de un vehículo submarino autónomo ISBN 978-3-639-09644-6
• Sistema de control óptimo para un vehículo submarino semiautónomo ISBN 978-3-639-24545-5
• Vehículos submarinos autónomos ISBN 978-1-4398-1831-2
• Código de buenas prácticas recomendado para la operación de vehículos marinos autónomos ISBN 978-0-906940-51-8
• Autonomer Mobiler Roboter ISBN 978-1-158-80510-5
• Vehículo submarino operado a distancia ISBN 978-613-0-30144-6
• Robots submarinos ISBN 978-3-540-31752-4
• Informe del mercado mundial de vehículos submarinos autónomos (AUV) 2010-2019 ISBN 978-1-905183-48-7
• Vehículos submarinos autónomos: diseño y práctica  ISBN 978-1-78561-703-4