Los equipos de rescate vieron los restos del submarino turístico Titán en el fondo del océano cerca del naufragio del Titanic el 22 de junio de 2023. indicando que el barco había sufrido una falla catastrófica y cinco personas a bordo murieron.
Llevar a la gente al fondo de las profundidades del océano es intrínsecamente peligroso. Al mismo tiempo, el cambio climático significa que la recopilación de datos de los océanos del mundo es más importante que nunca. Ingeniero Mecánico de la Universidad de Purdue Nina Mahmoudian explica cómo los científicos reducen los riesgos y costos de la exploración de aguas profundas: envían submarinos pero mantienen a la gente en la superficie.
¿Por qué la mayoría de las investigaciones submarinas se realizan con vehículos submarinos autónomos y controlados a distancia?
Cuando hablamos de pruebas de agua, estamos hablando de vastas áreas. Y cubrir vastas áreas requiere herramientas que pueden durar largos períodos de tiempo, a veces meses. El transporte de personas a bordo de vehículos submarinos, especialmente durante tanto tiempo, es costoso y peligroso.
Una de las herramientas utilizadas por los investigadores es vehículos a control remotoo ROV. Básicamente, hay un cable entre el vehículo y el operador que le permite al operador dar órdenes y mover el vehículo, y el vehículo puede transmitir datos en tiempo real. La tecnología ROV ha avanzado significativamente para poder llegar a las profundidades de los océanos, hasta 6.000 metros (19.685 pies). También es más capaz de proporcionar la movilidad necesaria para la observación de los fondos marinos y la recopilación de datos.
Vehículos submarinos autónomos brindar otra oportunidad para la exploración submarina. Por lo general, no están unidos al barco. Por lo general, están programados con anticipación para realizar una misión específica. Y cuando están bajo el agua, por lo general no tienen una comunicación constante. A intervalos, salen a la superficie, transfieren la cantidad total de datos recopilados, reemplazan la batería o se recargan y reciben nuevas instrucciones antes de sumergirse nuevamente y continuar la misión.
¿Qué pueden hacer los sumergibles autónomos y controlados a distancia que los submarinos tripulados no pueden hacer, y viceversa?
Los submarinos tripulados serán emocionantes para el público en general y los involucrados, y útiles para mejorar las capacidades que los humanos aportan al manejo de instrumentos y la toma de decisiones, similar a la exploración espacial tripulada. Sin embargo, será mucho más costoso en comparación con la exploración sin tripulación debido al tamaño de las plataformas requeridas y la necesidad de sistemas de seguridad y soporte vital. Hoy submarinos con tripulación costar decenas de miles de dólares al día funcionar.
El uso de sistemas no tripulados brindará mejores oportunidades de exploración a un menor costo y riesgo de operar en áreas extensas y lugares inhóspitos. El uso de vehículos submarinos autónomos y controlados a distancia brinda a los operadores la oportunidad de realizar tareas peligrosas para los humanos, como la observación bajo el hielo o la detección de minas submarinas.
¿Cómo ha evolucionado la tecnología de investigación en aguas profundas?
La tecnología ha avanzado dramáticamente en los últimos años gracias a los avances en sensores y computación. Hay un gran progreso en miniaturización de sensores acústicos y sonares para uso bajo el agua. Las computadoras también se han vuelto más miniaturizadas, eficientes y energéticamente eficientes. Se ha trabajado mucho en la tecnología de las baterías y los conectores herméticos. La fabricación aditiva y la impresión 3D también ayudan a construir cascos y componentes que pueden soportar las altas presiones en profundidad a un costo mucho menor.
También se han logrado grandes avances en el aumento de la autonomía utilizando algoritmos más avanzados además de los métodos tradicionales de navegación, ubicación y detección. Por ejemplo, los algoritmos de aprendizaje automático pueden ayudar al vehículo a detectar y clasificar objetosambos estacionarios como una tubería y móviles como bancos de peces.
¿Qué tipo de descubrimientos se han hecho con vehículos submarinos autónomos y controlados a distancia?
Un ejemplo son los planeadores submarinos. Son vehículos submarinos autónomos propulsados por flotabilidad. Pueden permanecer en el agua durante muchos meses. Pueden recopilar datos sobre la presión, la temperatura y la salinidad a medida que se mueven hacia arriba y hacia abajo en el agua. Todo esto es muy útil para que los científicos comprendan los cambios que tienen lugar en los océanos.
Una de estas plataformas cruzó el Atlántico Norte desde la costa de Massachusetts hasta Irlanda durante casi un año en 2016 y 2017. La cantidad de datos capturados durante este tiempo no tiene precedentes. A modo de comparación, dicho vehículo cuesta alrededor de $ 200,000. Los operadores eran remotos. Cada ocho horas, el planeador saldría a la superficie, se conectaría al GPS y diría: “Hola, estoy aquí”, y la tripulación básicamente le daría un plan para la siguiente etapa de la misión. Si se enviara un barco tripulado para recopilar esta cantidad de datos durante un período de tiempo tan largo, costaría millones.
En 2019, los científicos utilizaron un vehículo submarino autónomo para este recopilar datos invaluables acerca de el fondo marino bajo el glaciar Thwaites en la Antártida.
Las empresas de energía también utilizan vehículos submarinos autónomos y controlados a distancia con fines control y seguimiento energía renovable en alta mar e infraestructura de petróleo y gas en alta mar.
¿Hacia dónde se dirige la tecnología?
Los sistemas submarinos son plataformas de movimiento lento, y si los investigadores pueden desplegarlos en grandes cantidades, les dará una ventaja para cubrir grandes áreas del océano. Se está poniendo mucho esfuerzo en la coordinación y autonomía orientada a la flota de estas plataformas, así como avances en la recopilación de datos con sensores a bordo como cámaras, sonar y sensores de oxígeno disuelto. Otro aspecto del aumento de la autonomía del vehículo es la toma de decisiones y el análisis de datos bajo el agua en tiempo real.
¿Cuál es el enfoque de su investigación sobre estos submarinos?
Mi equipo y yo estamos enfocados en desarrollar algoritmos de navegación y planificación de misiones para operaciones sostenidas, es decir, misiones a largo plazo con mínima supervisión humana. El objetivo es abordar dos limitaciones principales en el despliegue de sistemas autónomos. Uno de ellos es la duración de la batería. El segundo son situaciones desconocidas.
Para garantizar la duración de la batería, estamos trabajando en la carga en el mar, tanto bajo el agua como en la superficie. Desarrollamos herramientas para el despliegue, la recuperación, la carga y la transferencia de datos autónomos durante misiones prolongadas en el mar. Para situaciones desconocidas, estamos trabajando en reconocer y evitar obstáculos y adaptarnos a diferentes corrientes oceánicas, esencialmente permitiendo que el vehículo navegue por sí mismo en condiciones difíciles.
Para adaptarse a la dinámica cambiante y la falla de los componentes, estamos trabajando en metodologías que ayudarán al vehículo a detectar el cambio y compensarlo para continuar y completar la misión.
Estos esfuerzos permitirán la investigación oceánica a largo plazo, incluidas las observaciones de las condiciones ambientales y el mapeo de áreas inexploradas.
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