Big Blu - Roma, 01/03/2008

Veicoli marini robotizzati: nomenclatura

• ROV: Remotely Operated Vehicle– veicolo subacqueo senza equipaggio tele-operato connesso alla

stazione di superficie tramite un cavo per la trasmissione di dati/immagini e di potenza elettrica

• AUV: Autonomous Underwater Vehicle– veicolo subacqueo senza equipaggio autonomo (alimentazione e

intelligenza sono a bordo); connessione tramite link acustico con la stazione di superficie

• UUV: Unmanned Underwater Vehicle– veicolo subacqueo senza equipaggio (ROV o AUV)

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Veicoli marini robotizzati: nomenclatura • USV: Unmanned Surface Vehicle

– battello senza equipaggio; può essere tele-operato tramite un link radio

• ASV: Autonomous Surface Vehicle• ASC: Autonomous Surface Craft

– battello senza equipaggio autonomo (alimentazione e intelligenza sono a bordo)

• UMV: Unmanned Marine Vehicle– veicolo marino senza equipaggio

• AMV: Autonomous Marine Vehicle– veicolo marino senza equipaggio autonomo (alimentazione e

intelligenza sono a bordo)

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ROV: alcuni esempi...

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AUV: alcuni esempi...

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USV: le origini

• Navi incendiarie– lanciate alla deriva contro la flotta nemica

• l'Invincibile Armada attaccata da navi incendiarie lascia il porto di Calais e viene sconfitta da Sir Francis Drake il giorno successivo (1588)

• ...

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USV militari nel nuovo millennio (1)• QinetiQ Ltd

– SWIMS: Shallow Water Influence Mine-Sweeping System – kit di conversione per trasformare Combat Support Boat (RIBs) in veicoli a controllo remoto (Iraq, 2003)

• SSC San Diego USV– Bombardier SeaDoo Challenger 2000 (piattaforma base)

• Sistema di navigazione per way-point• Radar per obstacle-avoidance

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USV militari nel nuovo millennio (2)• Israele

– Stingray• Sistemi di visione opto-elettronici: LGI CCD

––––– Protector

• Mitragliatrice stabilizzata da 12.7 mm

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USV al MIT: anni Novanta• MIT Sea Grant College Program, USA

– ARTEMIS: modello in scala di un motopeschereccio a strascico• Controllo automatico di heading• Navigazione DGPS• Raccolta di dati idrografici• Radio modem: supervisione umana

– Catamarani: ACES (Autonomous Coastal Exploration System), AutoCat

• Struttura modulare• 2 motori elettrici trolley• Difficoltà tecniche per introduzione

timone• Raccolta di dati batimetrici

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USV al MITai giorni nostri

• MIT Sea Grant College Program– SCOUT kayak (Surface Craft for

Oceanographic and Undersea Testing)• Wi-Fi e radio modem• Sterzo ruotando il motore• Linux-based free software• Controllo PID basato su GPS e bussola• Sviluppo di software di controllo robusto per AUV

cooperanti» Sviluppo di algoritmi distribuiti di navigazione

acustica» Implementazione di sistemi di navigazione

autonoma in accordo con le Rules of the road (COLREGS)

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EC Project ASIMOV

• USV come relay di comunicazione acustica per un AUV

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USV da ricerca in Portogallo• IST-ISR Lisbon, Portugal

– Catamarani: Delfim, DelfimX• Relay di comunicazione acustica per un AUV (progetto EC ASIMOV)• Raccolta di dati batimetrici• Cooperazione di veicoli marini senza equipaggio

––––––– Caravela

• Imbarcazione da ricerca autonoma

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USV da ricerca in Europa

• Università di Rostock, Germania– Measuring Dolphin MESSIN

• Catamarano SWATH in fibra di vetro• Motori controrotanti per lo sterzo• Bussola e DGPS• Profili di profondità e corrente in acque basse

• Università di Plymouth, UK– Springer catamarano

• Motori controrotanti per sterzo• Tracciamento di inquinanti

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USV per applicazioni civili e militari (1)• Scafo

– Catamarano• Stabilità in cattive condizioni di mare e possibilità di trasportare

payload differenti

– RIB (gommoni)• Battelli standard per le marini militari• possibilità di trasportare serbatoi di carburante più grandi

• Alimentazione– Elettrica

• Applicazioni ambientali: non inquina

– Benzina• Sorveglianza costiera e operazioni di sminamento

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USV per applicazioni civili e militari (2)

• Grado di autonomia– Operazioni completamente autonome– Battelli a controllo remoto

• Prodotto richiesto– Sviluppo di nuovi prototipi di veicoli– Kit di conversione per battelli esistenti

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Analisi normativa (1)

• Assenza di una normativa internazionale che regola le operazioni a mare di veicoli di superficie e/o subacquei senza equipaggio– Responsabilità civile e penale in caso di incidente

• L'utilizzo di USV per applicazioni civili in zone non interdette alla navigazione è fortemente scoraggiato

– Autonomous Ocean Sampling Network: non utilizzano USV per questo motivo (comunicazione personale di J. Bellingham, resp. ASV Monterey Bay Aquarium Research Institute)

– IFREMER dogma: AUV rimangono a 30 m di profondità finché non sono controllati tramite un link acustico da un operatore che verifica che la superficie sia libera da altri natanti

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Analisi normativa (2)

• Society of Underwater Technology– Gruppo di lavoro sui problemi legali connessi all'utilizzo di

veicoli marini autonomi• Definizione di procedure codificate

• ASTM International– Comitato F41 su Unmanned Marine Systems

• Subcomitato su Unmanned Surface Vessels

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Prospettive di mercato

• Applicazioni militari– Sorveglianza, Sminamento, Attacco

• sviluppo di kit per l’adattamento di imbarcazioni esistenti alla tele-operazione

• non eccessivo interesse alla capacità di evitamento ostacoli

– La penetrazione nel mercato della difesa e sicurezza è fortemente concorrenziale e, spesso, subordinata ad una comprovata esperienza in applicazioni realistiche, tale da richiedere ingenti investimenti per lo sviluppo di un prodotto

– Office of Naval Research – Undersea cooperative cueing and intervention – Mine countermeasures: Bando per 26 M$

• Applicazioni civili– Assenza normativa internazionale (v. analisi normativa)

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USV in Italia: Charlie

• CNR-ISSIA Genova– Charlie catamarano (2003-2004)

• Fibra di vetro verniciata con resina epossidica

• Motori controrotanti per lo sterzo• GPS e bussola• Alimentazione: elettrica a batterie• Autonomia: superiore a 6 ore

Charlie USV:varo nel porto di Genova, 22 Ottobre 2003

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Progetto SESAMOSEa Surface Autonomous MOdular unit: autonomous modular vessel

for the study and the characterization of the air-sea interface

• Baia Terra Nova, Mare di Ross (2004)– 2 missioni tecniche– 4 missioni operative– circa 20 ore di lavoro– raccolti circa 100 litri

di microstrato superficiale e di acqua dell'immediata sub-superficie

• Utilizzo scientifico– Campionamento di acqua per il Progetto Contaminazione

chimica

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CNR-ISSIA Charlie USV in Antartide

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Charlie USV upgrade

• Charlie upgrade (2005)• Sterzo basato su 2 timoni rigidamente connessi controllati da un motore

elettrico passo-passo• Piattaforma embedded real-time basata su standard GNU/Linux

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ALANIS USVALuminium Autonomous Navigator for Intelligent Sampling

• "Studio di fattibilità di un battello senza equipaggio multi-uso for il monitoraggio degli specchi acquei e dei fondali (UMV)"– finanziato dal Parco Scientifico e Tecnologico della Liguria

s.c.p.a. , misura 3.7.d "Diffusione e trasferimento dell'innovazione"

• Partner– CNR-ISSIA, Genova (GE): coordinatore– Cantieri Mancini, Mirano (VE): imbarcazione– Green Project, Genova (GE): automazione di bordo– Gem Elettronica, San Benedetto del Tronto (AP):

strumentazione di navigazione

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Definizione delle specifiche: vincoli• Requisiti a bando

– Imbarcazione in alluminio• alti costi per la realizzazione dello scafo

• Considerazioni normative– Imbarcazione duale, in grado di muoversi sia senza equipaggio

(autonoma/teleoperata) sia pilotata direttamente da un paio di operatori umani a bordo

• Considerazioni logistiche– Carrellabilità relativamente semplice– Possibilità di sistemazione in un parcheggio per auto

• Utilizzo successivo– Monitoraggio costiero– Ricerca

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Definizione delle specifiche:concetto generale

• Imbarcazione in grado di lavorare in zone costiere per campionamenti e raccolta di dati batimetrici in ottemperanza alle normative vigenti:– Modalità standard di funzionamento: manuale con due operatori

a bordo– Modalità avanzata di funzionamento: tele-operata con

supervisione remota• Adattamento di un'imbarcazione commerciale con buona

manovrabilità e tenuta del mare in un veicolo a controllo remoto

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ALANIS USVwww.alanis.ge.issia.cnr.it

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Cantieri Mancini

• Gommon Show – Padiglione 5 – Stand E3

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ALANIS USV: caratteristiche• Carena e tubolari: alluminio• Lunghezza: 4.50 m, larghezza: 2.20 m• Peso

– scafo: 350 Kg– console con automazione: 55 Kg– serbatoio: 15 Kg– motore fuoribordo: 90 Kg– verricello: 50 Kg– batterie: 50 kg

• Propulsione: motore fuoribordo 40 Hp• Alimentazione: mista

– benzina per la propulsione– elettrica (batterie) per l'automazione di bordo

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ALANIS USV: caratteristiche• Autonomia: 12 ore, 65 l di carburante• Timoneria: monocavo meccanica con azionamento servo-assistito

con motoriduttore elettrico connesso all'asse dello sterzo del volante• Acceleratore: a doppio cavo con azionamento servo-assistito con

motoriduttore elettrico connesso all'asse della leva dell'acceleratore• Foro in carena: a prua, diametro 0.20m per messa a mare della

strumentazione scientifica• Dotazioni di sicurezza: rollbar, luci di via, sirena, dotazione di

bordo per due persone entro sei miglia

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ALANIS USV:sistema di messa a mare della strumentazione scientifica

• Automazione di un verricello manuale tramite motore brushless– Rapporto di riduzione: 40:1

• Cavo: Lunghezza: 200m• Cablaggio: 5 fili per potenza, 2 coppie twistate per dati, 1 coppia twistata

per video bilanciato

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ALANIS USV:automazione di bordo

• Integrazione nella console del sistema di automazione dello sterzo e della barra dell'acceleratore

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ALANIS USV:test strumentazione con l'USV Charlie