iDROP Oceanid™ Navigator (iDRONA)

Prosjektets hoved element er Oceanid-farkostens vis fremdrift er basert på gravitasjon og kapasitet til autonomt å gli lateralt i vannsøylen til en på forhånd definert posisjon på sjøbunnen, hvor den kan gjennomføre vitenskapelige måleoppgaver. Når innsamling er ferdigstilt og sensor data lagret lokalt vil enheten gjennomføre en miljøvennlig re-ballastering som skaper en positiv oppdrift, og dermed fremdrift, som lar farkosten gli kontrollert tilbake til et definert punkt på overflaten der den berges. Når enheten beveger seg i den vertikale vannsøylen, synkende eller stigende, vil sensor-plattformen internt- samt navigasjons løsningen ombord muliggjøre- og forbedre kvaliteten på fartøys-kontrollen i sanntid. Eller samle inn- og etterbehandlet sensor data parallelt med at denne traverserer vannsøylen, for fremtidig utnyttelse ifbm re-installasjon eller hvis flere farkoster skal installeres sekvensielt. Måling og logging av grunnleggende sensor data som trykk, temperatur og lydhastighet i forskjellige vannlag som passeres, kan brukes til å forbedre den akustiske kommunikasjonen, og dernest forbedre posisjoneringen under vann gjennom akustisk avstands-måling og trilaterering. Svermen av farkoster kombinerer en høykvalitets treghetsmåler, trykk- og kompassdata, samt den digitale tvilling-modellen av farkosten, for å estimere relativ posisjon langs den planlagte glide banen. Dette prosjektet tok sikte på å måle differansen i dette estimerte datasettet med de posisjonene som er beregnet basert på trilaterering og akustiske avstandsmålinger – ToF (time-of-flight). Ved å samle inn datasettet fra bevegelsen til en farkost, og konsolidere data fra flere farkoster utplassert i flere himmelretninger, og dernest post-prosessere data-volumet, er man i stand til å etablere en nøyaktig strømprofil i tilnærmet sanntid. Denne til dels høyoppløselige strømprofilen, basert på utelukkende eksisterende maskinvare i den enkelte farkost og kollektivt behandlet ombord på støttefartøyet, kan nå lastes opp for ytterligere å forbedre kvaliteten på fartøys-kontrollen av nye installasjoner, for eksempel ved forbedret posisjonerings nøyaktighet og mer effektiv sideforflytning fra støttefartøy. Det er i prosjektet utført skalerte forsøk ombord i forskningsfartøy samt egen survey båt, hvor bl.a. akustiske målinger, lydhastighet og strømmålinger er innhentet for videre utvikling av prosesserings algoritmer, typ. posisjonsestimering og etablering av strømprofil.

Dagsaktualiteten til løsningen og mulig bruk av prosjektets resultater er dessverre større enn teamets ambisjoner på søknadstidspunktet, hvor nasjonal- og regional sikring av energiforsyning og maritime transportruter over, og under vann, er flyttet høyere opp på prioriteringslisten. Samtidig er grønn omstilling og fremtidsrettede løsninger for offshore næringen i fokus. Målsetningen om å videreforedle konseptet om å la en full-autonom sensor-drone installere seg selv kun basert på gravitasjon, og re-ballastering, har primært vært fokuser på konseptuell akustisk måling av avstand under vann. Det er sammenstillingen av disse måledata som har muliggjort utviklingen- og simulering av en ny kontrollalgoritme som hensyntar endringer i vannmassene og -vannsøylen man operere. Nye operasjonelle løsninger og kommunikasjonsgeometrier er etablert som et resultat av effektiv synliggjøring av energiforbruk knyttet til bruk av hydroakustisk avstandsmåling og -kommunikasjon for trilatereing, bl.a. gjennom utstrakt simulering av lydbølger. Prosjektet har også lykkes med å ta frem et nettbasert oppslagsverk som innhenter- og konsoliderer eksisterende data fra tilgjengelige målestasjoner, og tilgjengeliggjøre en 3-dimensjonal-strømprofil av vannvolumet i det aktuelle operasjonsområdet som kan benyttes for å optimalisere kvaliteten- og glidekapasiteten til selskapets farkost.

Environmental monitoring is also challenging in terms of ideally covering larger area of exploration, and longer-term measurements, compared to a more condensed production focus in an offshore license, i.e. requesting more efficient deployment of large survey spreads with a coarse sensor density. This also requires means of effective underwater communication and control, since an adoption of vessel-of-opportunity is foreseen and hardwiring between sensors physically impractical. The project proposed addresses all three challenges described above – cost efficient deployment and operation, flexibility and scalability. Complementary to a recently completed R&D-initiative (Oceanid™), funded by the European Commission (through the Horizon 2020 program), it is proposed to further investigate the concept of free-drop nodes. Or drones that “transport” a generic sensor payload laterally away from the surface drop-point, accurately and repeatedly to a predefined location on the seafloor, and upon completing the survey, return safely to the surface. The drones are purely propelled by gravity shift and a patented and environmental neutral salt-slurry ballast. Our initiative is targeting a variety of applications, e.g. installation inshore or large seismic surveys offshore. The challenge is the underwater communication and navigation, and the development of tools supporting a safe control of all autonomous activity. Based on the proposal - an efficient and accurate positioning capacity with high update-rate, the digital twin, a viritual representation of the autonomous drop-node, will allow a post-process comparison. One instance could be dedicated to the ocean current influencing the actual trajectory path, and the subtraction between the real- and simulated dataset post-processed to establish a high-density current profile. No additional sensor hardware is required, and the results can immediately be re-used for new deployments to further improve operational efficiency.