KTH:s robot-ubåt är havets drönare

NYHET

Publicerad 2014-10-20

Forskare vid KTH har tagit fram en robot-ubåt för att ta reda på hur de stora havsdjupen ska kunna utforskas. Upphovsmakarna sätter likhetstecken mellan farkosten och dagens luftburna drönare med en betydande skillnad:
– Djuphavsdykning är ingen lek, miljön är till och med tuffare än förhållandena i yttre rymden, säger Jakob Kuttenkeuler, professor vid KTH.

Så här ser KTH-ubåten Calle ut.

Ubåten, som ser ut ungefär som en snäll torped, kallas för Carl och är en listig rackare. Den är en så kallad autonom undervattensfarkost (Autonomous Underwater Vehicle, AUV), vilket innebär att den klarar av att jobba på egen hand utan yttre styrning.

Autonoma (det vill säga självmanövrerande) krävs för att mer omfattande kunna utforska djuphaven, det vill säga den del av världshaven som har ett havsdjup på runt 2 000 meter eller mer. Det ska tilläggas att cirka 60 procent av jordens yta och 90 procent av haven utgörs av just djuphav.

Carl och andra AUV:er kan dock göra stor nytta även på grundare vatten.

Lätt och smidig är han, Calle!

– Ubåten är främst att betrakta som en sensorbärare, en plattform där sensorerna bytts ut beroende av behovet. En oceanograf vill ha den till att mäta temperatur och salthalt under polarisen. Fredrik Gröndahl, universitetslektor vid KTH som forskar om algodlingar och hur alger kan användas som mat, medicin, som beståndsdel i plaster och energibärare, har ett behov av att visuellt kunna inspektera sina odlingar. En marinbiolog vill kanske lyssna på späckhuggare medan marinen vill kunna lyssna på fienden, säger Jakob Kuttenkeuler.

Han har tillsammans med Ivan Stenius lett forskningsarbetet med ubåten vid KTH:s Centre for Naval Architecture.

– Det som gör Carl så bra är att farkosten är så extremt flexibel. Man fiskar upp Carl med enbart händerna, programmerar om honom på plats på några minuter, och kastar i honom igen, säger Jakob Kuttenkeuler.

Sådana här små och lätta ubåtar har en del svagheter. De har ibland lite svårt för att dyka från ytläge då de är lite lättare än vatten. Detta då de ska flyta upp till ytan om något slutar fungera.

– Det är därför vi jobbar en del med Carls förmåga till konstsim. Vi har till exempel en manöver som gör att Carl backar ner i vattnet när han ska dyka. Lite som att fickparkera. Denna manöver låter trivial men gör att ubåten kan optimeras mer kompromisslöst för sitt egentliga uppdrag. Vi vill att ubåten ska bli så bra på att manövrera själv att den i framtiden solo ska kunna vara så robust att den kan docka mot laddstationer. AUV:er kräver idag lite för mycket uppmärksamhet. De är inte tillräckligt uthålliga och är lite för osjälvständiga. Kan de själva söka upp en laddstation, precis som en robotgräsklippare, kan de jobba på egen hand ute i haven, säger Jakob Kuttenkeuler

Han berättar vidare att KTH:s ubåt redan idag har en "clean design".

– Vi vill inte att AUV:n ska ha en massa grejer, som antenner och fenor, som sticker ut. Så Carl är väldigt ren på utsidan så att han inte fastnar i alger, fisknät eller annat skräp i havet, säger Jakob Kuttenkeuler.

En annan viktig faktor är prislappen.

Jakob Kuttenkeuler, professor vid KTH:s Centre for Naval Architecture.

– Vi vill utveckla teknik och metodik som gör sådana här farkoster så billiga som möjligt, och vi är en bra bit på väg. Det mesta inuti Carl är utskrivet på en 3D-skrivare. Detta istället för att svarva och fräsa delarna. Faktum är att vi skriver ut våra propellrar direkt i en 3D-skrivare vilket gör att vi superbilligt kan pröva olika geometrier. När vi kommit ner mycket i pris gör det inte så mycket om ubåten simmar till skogs, säger Jakob Kuttenkeuler.

Vad är då billigt och vad är dyrt i sammanhanget? Jakob Kuttenkeuler berättar att AUV:er idag kostar cirka 30 miljoner kronor och han och forskarkollegorna snarast siktar på ett pris om några hundra tusen kronor.

– Om en sådan här ubåt ska skickas in under polarisen kan det bli en rätt skakig väntan på att den kommer tillbaka om den kostar 30 miljoner kronor. Något mindre skakigt läge om den kostar en hundradel av det priset, säger Jakob Kuttenkeuler.

Han fortsätter med att berätta om några ytterligare användningsområden för AUV:er. Ett exempel är alla de situationer under vatten där det är dyrt och farlig för människan att jobba. Å det behöver inte vara särskilt djupt för att ska vara just kostsamt både för hälsan och plånboken.

Vidare ska AUV:erna kunna utföra "koordinerat konstsim i stim".

– I grupp skulle de kunna studera hur stora vattenmassor beter sig. Att kunna samla in den här typen av data är viktigt, eftersom forskare lider stor brist på sådan information, säger Jakob Kuttenkeuler.

Han lägger till att ubåten är i vattnet vad dagens drönare är i luften. Samma koncept, olika element.

– Men vi hävdar att våra problem är något klurigare. Så fort ubåten befinner sig 10 centimeter under vattenytan måste vi använda död räkning eller tröghetsnavigation eftersom GPS:en inte fungerar under vatten. Sedan har vi alla problem med korrosion, risk för vatteninträngning, 100 atmosfärers övertryck och så vidare, säger Jakob Kuttenkeuler.

Calle är en mångsidig ubåt med ett antal olika användningsområden.

Carl är för närvarande en lätt liten gynnare.

– Jag står faktiskt och stoppar in honom i en taxi just nu på Arlanda, medan vi pratar. Han är liten och lätt att bära. Anledningen är att vi ska kunna kasta i honom i vattnet från båten, och fiska upp honom, utan att behöva några lyftkranar. Men det är inte svårt alls att tillverka en ubåt som klarar avsevärt djupare vatten. Det är inte där svårigheterna finns idag. Så det är mest av praktiska skäl Calle är tunn, lätt och nätt, säger Jakob Kuttenkeuler

Självmanövrerande ubåtar av dyrare modell används idag bland annat till att inspektera oljekällor under havsytan. Dessa AUV::er spelade också en stor roll i jakten på den svarta lådan från den Boeing 777-200ER från Malaysia Airlines som försvann i mars i år.

Text: Peter Larsson

För mer information, kontakta Jakob Kuttenkeuler på 070 - 346 42 40 eller jakob@kth.se.