Robot marini rilevano le onde sismiche
Tradizionalmente, le indagini sismiche acustiche vengono eseguite con una nave che traina un numero di cavi sismici (cavi flessibili dotati di idrofoni) e una o più sorgenti acustiche. Queste potenti sorgenti acustiche generano onde sismiche al di sotto della superficie terrestre, che vengono poi rilevate dagli idrofoni mentre le onde rimbalzano sulle formazioni sottosuperficiali. I cavi sismici sono in genere estremamente macchinosi e manovrarli in maniera accurata diventa difficile. Recenti sviluppi hanno dimostrato che esiste un vasto potenziale affinché gruppi di robot marini cooperanti migliorino radicalmente l’esplorazione e lo sfruttamento degli oceani. Espandere e migliorare le funzionalità degli attuali sistemi di robot marini cooperativi è stato l’obiettivo principale del progetto WiMUST, finanziato dall’UE. Il progetto ha riunito un gruppo di istituti di ricerca, società di geofisica e piccole e medie imprese con esperienza in sistemi autonomi, robotica marina, comunicazione, navigazione e controllo cooperativo. Uno sciame di robot sottomarini autonomi La ricerca si è concentrata sull’ingegnerizzazione di un sistema sottomarino intelligente di robot marini per le indagini acustiche sismiche. «La novità di WiMUST consiste nell’utilizzare robot marini per catturare dati sismici invece delle tradizionali sorgenti e cavi di traino. La visione del progetto era quella di sviluppare un gruppo di robot marini autonomi e cooperativi, che agissero da nodi intelligenti di rilevamento e comunicazione di una rete acustica mobile riconfigurabile in grado di condividere informazioni e condurre congiuntamente indagini geofisiche», osserva il dott. Giovanni Indiveri. Gruppi di robot autonomi che trasportano sorgenti acustiche e che sono dotati di sensori acustici possono sostituire i sistemi di acquisizione sismica convenzionali, separando la sorgente acustica dai ricevitori. Ciò consente loro di seguire i percorsi desiderati in modo più accurato, anche in presenza di disturbi ambientali esterni. In altre parole, i veicoli sono dotati di cavi per l’idrofono, pertanto l’intero sistema di rete si comporta come una grande matrice acustica distribuita per l’acquisizione di dati acustici. Controllando attivamente la geometria della formazione del robot, è possibile modificare la forma della matrice acustica secondo le necessità. «Questa flessibilità operativa offre enormi vantaggi in quanto consente di raccogliere una grande quantità di dati sul fondo e sotto-fondo con una risoluzione migliore. Inoltre, le operazioni in mare saranno facilitate dall’assenza di legami fisici tra la nave di superficie e l’attrezzatura di acquisizione dati», spiega il dott. Indiveri. Controllo della comunicazione L’architettura di comunicazione di WiMUST garantisce che le posizioni di ciascun AUV nella formazione siano note con precisione in scala centimetrica e che gli orologi interni dei veicoli siano sincronizzati alla perfezione. Questo è fondamentale per assicurare che i dati sismici acquisiti siano assegnati a etichette temporali e spaziali coerenti attraverso la formazione, così come per derivare posizioni relative dei veicoli per la navigazione e il controllo. I ricercatori hanno lavorato alla progettazione di nuove soluzioni per la sincronizzazione di orologi AUV oltre ad altre che supportano il trasferimento di dati sismici dagli AUV alle stazioni di superficie. Navigazione, guida e controllo La navigazione cooperativa e il controllo degli AUV e delle ASC sono stati fondamentali per le prestazioni del sistema WiMUST. Il team ha sviluppato algoritmi cooperativi di navigazione e controllo per guidare con precisione i veicoli in modo che le ASC e tutti gli AUV con i cavi trainati evitino le collisioni e mantengano la geometria specifica relativa alle sorgenti acustiche. Un pianificatore di movimento genera i punti di via in base alla formazione del veicolo richiesta per la geometria ottimale della matrice del sensore. Prospettive future Rispetto al tradizionale traino basato su navi, un sistema robotizzato cooperativo può semplificare notevolmente le operazioni marittime, riducendo sia i tempi che i costi di un’operazione di rilevamento. «Misurare la posizione di centinaia di nodi di registrazione distribuiti su un’area di diversi chilometri quadrati, con un intervallo di campionamento di circa 10 secondi e con un’accuratezza superiore a 10 metri rimane altamente impegnativo», osserva il dott. Indiveri. Una volta superati tutti gli ostacoli tecnici, il consorzio WiMUST si aspetta che l’uso di robot autonomi per la registrazione di dati sismici in mare trovi applicazioni diffuse. Oltre ai rilevamenti sismici, i risultati di WiMUST possono essere sfruttati in altre applicazioni sottomarine come le operazioni di ricerca e salvataggio, il monitoraggio e la sorveglianza ambientale, lo sminamento, il rilevamento delle perdite e il tracciamento dei pennacchi, l’archeologia e la pesca.
Parole chiave
WiMUST, veicoli sottomarini autonomi (AUV), robot marini, rilevamento sismico, idrofono, traino, navigazione e controllo
