無人車両：25年のマイルストーン

著ジャスティンマンリー • 13 2月 2019

Hugin AUVが発売されました（提供：Kongsberg）

ANTX 2018でのQinetiQ北米のSEAScout Mk2 UUV（提供：QinetiQ北米）

RiptideのUUVはオープンアーキテクチャを使用してユーザーを有効にします（提供：Riptide）

初期のASVプロトタイプ（提供：J. Manley）

2019年が始まると、海洋技術界は、海洋産業、科学、および防衛で使用されるツールと技術の世界的な集まりと展示会である、50年にわたるOceanology Internationalを祝います。その回顧的な精神の中で、無人海上車両（UMV）コミュニティの歴史に目を向けることは有益です。 1957年にまでさかのぼる分野で開発の記録がありますが、現代の時代は1990年代初頭にその起源をたどります。技術開発の重要な情報源の1つは、多数の車両を生み出し、業界のリーダーを迎え入れ、そして現在世界中でこの分野を形作る多くのエンジニアを訓練したMITシーグラント自律型水中ロボット（AUV）ラボでした。

UUVとも呼ばれるAUV、およびUSVとも呼ばれることがある自律型サーフェスビークルの進化は、技術的および商業的な影響を示しています。テクノロジが成熟するにつれて、アプリケーションとビジネスへの影響も拡大しています。

それからAUV
1990年代初頭にMIT AUVラボはオデッセイクラスとして知られている車両シリーズを使って作業していました。これらは直径およそ21インチ、長さ約2メートルでした。それらは6,000メートルの深さまで潜るように設計されていましたが、比較的手頃な価格で展開するのが簡単であるようにしました。これらの車両は、北極圏での氷の下での作業や南極海域での海洋学など、多くの科学ミッションを支援しました。海軍研究局（ONR）が後援するこれらの乗り物によって支えられた重要なプログラムは、自律型海洋サンプリングネットワークとして知られていました。これはAUVをドッキングするためのデザインの先駆者です。 AUVラボの最初の10年間に海底マッピングと地雷探査の実験も行われました。 1997年にBluefin Roboticsはこれらのアイデアを業界に移行するために設立されました。
オデッセイの技術開発はすべての分野に影響を与えました。無人車両制御のコア開発は、今日のソフトウェアコミュニティに影響を与えました。特に、ミッション指向オペレーティングスイート（MOOS）は、2000年代初頭にMIT AUVラボで発表されました。行われた他の技術開発は初期の音響モデムおよびドップラー速度ログ（DVL）を用いた実験であった。ペイロードシステムも統合され、評価されました。初期のデジタルサイドスキャンソナーは、今日の調査AUVに向けた重要なステップでした。サブボトムプロファイラーのAUVへの最初の統合も、MIT AUVラボによって最初の10年間で完了しました。

初期のサブボトムプロファイラーを搭載したオデッセイAUV（提供：J. Manley） AUVs Today

AUVにはさまざまな形とサイズがあります。 25年前には手が届かなかった技術は当たり前です。 Hugin車は、今日使用されている主要商用車の1つです。これはコミュニティ全体の実例であり、サイドスキャンソナー、サブボトムプロファイラー、マルチビームエコーサウンダー、磁力計、カメラを含む包括的なペイロードセンサースイートを提供します。 Huginで実証された新しいペイロードには、合成開口ソナーとレーザースキャナーが含まれます。 Hugin AUV用のナビゲーションソリューションは、Kalmanフィルタを使用してリアルタイムで処理される他の利用可能な現場センサと結合されたオンボード慣性測定ユニット（IMU）からの生の出力を使用します。これらはすべて、温度センサーだけを搭載し、プロペラの回転数を海底での位置決め用にカウントした最初のオデッセイ車からの大幅な改善です。

商業的にHuginとその競合会社は、数多くの市場にサービスを提供しています。軍のバイヤーは鉱山狩猟と物理的海洋学のためにAUVを使います。科学ユーザーは難破船と熱水孔を検索します。しかし、AUVにとって最も活気のある商業部門は海外エネルギーです。石油やガス、洋上風力などの再生可能エネルギーは、サイトの特性評価や検査からパイプライン検査まで、さまざまなタイプのミッションにAUVを採用しています。海洋ハイドログラフィ、3D擬似地震探査、考古学的研究も一般的な商用アプリケーションです。今日、サーベイAUVは多くの海洋用途で受け入れられているだけではなく期待されています。

調査AUVが一般的になるにつれて、AUVの新たなフロンティアには、現代の電子機器、設計、および製造技術によって可能になる新しい概念が含まれています。 QinetiQ North AmericaのSEAScoutには、コンパクトでシンプルなアプローチがあります。 TeleyndeのGaviaはペイロードとシステムコンポーネントにモジュール性を提供し、Riptide UUVファミリーはオープンソースアプローチを活用して特にユーザーフレンドリーになります。

QinetiQ North AmericaのSEAScoutは、デコイ、ゲートウェイブイ、ニュートラライザ、データ収集、インテリジェンス、監視、および偵察などの複数の海上任務を実行することを可能にする再構成可能なペイロード容量を備えた軽量のAサイズの非常に小さいUUVです。最新世代のSEAScoutは、新しいペイロードと同様に、強化された耐久性、通信、およびナビゲーション精度を提供しています。この新しいコンパクトなUUVは、特別なトレーニングを受けずに米海軍の船員がすぐにそして簡単に使用できるように設計されており、現実世界のミッションでの雇用を簡素化します。

TeledyneのGaviaは、車両をより小さな部品に分解することを可能にするユニークな機械的/電気的設計を使用しています。これにより、1,000メートル定格の車両を世界中に簡単に配備できます。それはまた、ペイロードセンサーが利用可能になる前に製造されたAUVと後方互換性のある新しいペイロードモジュールで将来の操作を拡大する機会を車両のユーザーに提供します。これは、フル10年後の2018年に製造された新しいペイロードモジュールを採用して、2008年に出荷されたAUVで実証されました。

テレダインのGaviaモジュラーAUV（提供：テレダインマリーン）

Riptide Autonomous SolutionsはAUVのファミリーを構築しました。それはmicroUUVから始まって、より大きくそして深い評価の変種に拡大しました。しかし、それが重要なのは内側にあるものです。エレクトロニクスとソフトウェアの最新の開発を採用することで、Riptide社の車両は特に柔軟になります。彼らのアーキテクチャは、技術開発を進めるための信頼性と堅牢なプラットフォームをユーザーに提供するために、オープンなハードウェアとソフトウェアのインターフェースを特徴としています。この同じアプローチによって、同社は14か月以内に新しい標準製品を迅速に適応させて発売することもできました。これは家電製品のペースではありませんが、非常に急速な製品開発です。 AUVコミュニティは次の25年に急速に移行しています。

ASVそれから
AUVと同様に、MITは初期の自律型地上走行車（ASV）開発の源でした。 AUVの研究と大きな類似点がありました。 1990年代の初期のプロトタイプはGPSを使用せず、WiFiもなく、ペイロードにも苦労しました。オデッセイAUVと同様に、ミッションが開始されると、これらの車両は車両とのやり取りなしに完全に自律的なアプローチを使用しました。表面上の初期の革新の1つの分野は推進のための内燃機関の使用でした。これらの初期のASVは、タグ付けされた魚を追跡するためのツールとして意図された、漁業研究によって最初に触発されました。やがて焦点は水路測量に移り、今日では最も一般的なミッションの1つになりました。

今すぐASV
近年、ASV、特に海岸用の小型システムが急増しています。外航システムの分野では、参加者は少なくなります。 ASV Global、現在はL3 ASVは、この分野の先駆者であり、無人水上艇技術の開発、供給、および統合を専門としています。彼らは2から15メートルの長さから完全なUSVシステムの範囲を提供しています。 L3 ASVの製品範囲に加えて、同社は無人操業のために船舶と小型船舶を改造するプロジェクトに取り組んでいます。幅広い製品範囲により、ASVは、内陸、沿岸および沖合環境での運用のために、市場にさまざまで実績のあるソリューションを提供することができます。彼らは15カ国の60以上の顧客に100以上の自律システムを提供しました。 AUVの調査と同様に、ASVも実績のあるツールです。
海底調査の使命は、この技術のコアアプリケーションです。この分野では、ASVは最近、世界的な調査リーダーであるFugroとの間で、商業調査市場向けの次世代自律型船舶を創設することを発表しました。この新しい自律型船舶ソリューションを開発することで、調査業界は、作業をより安全で費用対効果の高いものにすることで、オフショアスタッフの露出を減らし、作業効率を高めることができます。
L3 ASV Cワーカー5自律型船（提供：L3 ASV）
海洋を未来へと導く無人システム
1990年代半ば以降、インターネット、ソフトウェア、そして洗練された電子機器が生活を一変させました。海上でも同様に変革的な発展がありました。初期のAUVとASVは、ブルーエコノミーのすべての分野において、無人システムが海洋運用を変革する可能性を実証しました。初期のAUVは海洋学に結果をもたらしました、今日それらは多様な分野に役立ち、沖合調査の基本的な要素です。 ASVは、初歩的な陸上ツールから、数千マイル離れた通信事業者にネットワーク接続されたグローバル関連プラットフォームへと進化しました。 25年間で何百もの新しい無人海上車両が開発されました。彼らは海を渡り、難破船を発見し、地雷を発見し、そして何十万マイルもの海底を調査した。
ヘンリー・ストンメルの先見の明のある記事、Slocumミッションは1989年に出版されました。 30年経った今では、無人の海底および地上走行車の継続的な成功により、Stommelのビジョンは達成されないにしても実証されてきました。