海洋自治：ノルウェーへの前進

エレイン・マスリン • 18 4月 2018

KongsbergのYara Birkeland無人コンテナ船コンセプト。（イメージ：Kongsberg）

Asgeir JohanSørensen教授（写真：NTNU AMOS、Thor Nielsen）

OceaneeringのFreedomコンセプトは、オスロのSubsea Valleyカンファレンスで3D印刷されたモデル形式で表示されます。（写真：Elaine Maslin）

独立したシステムと接続されたシステムで動作する海洋自律システムは、石油・ガス産業を含む海洋産業の分野で急成長を遂げています。

新しい海洋自律システムの出現は毎週発生しているようです。センサからサテライトまで、多くの分野でコストが削減されているため、これらのシステムの一部は、深海の秘密を解き放つことを目指す海洋科学者だけでなく、一般市民の抱擁にも入っています。

少なくとも石油およびガス産業におけるこれらのシステムのための駆動の一部は、せいぜい操業に費用がかかり、煙を放出する有人の表面容器の使用を減らすことである。

ノルウェーのノルウェー科学技術大学（NTNU）の目標は、いくつかの石油・ガス事業で表面船の使用を80％削減することです。 NTNUの自律海洋運営・システムセンター（AMOS）は、その目標を達成するための解決策を見つける作業と、10分の1のコストで10分の1のマッピングと監視範囲を増やすという目標を持っています。もう一つの目標は、あらゆる海の州で安全な海洋運営をコストの10分の1で行うことです」と、AMOSのProfge and DirectorであるAsgeir JohanSørensenは語ります。

ノルウェーは先進的な海洋技術を生産するための他のインセンティブを持っているソレンセン氏によると、この国は海域が土塊よりも5倍から6倍も大きい。その主要産業は漁業、海上輸送、そして過去50年間にわたり石油とガスの両方に及んでいます。「現在、海上風と養殖に移行しています」とSørensen氏は述べています。「競争力を持たせるためには、ノルウェー人は常に高品質で低コストでなければなりません」ということは、企業が自律システムの使用を検討している理由です。「ノルウェーはまた、北極を含む海洋の統治と管理に関して、大きな責任を負っている」

当初は、ダイバーへのリスクを回避するために石油・ガス部門で働いていたため、ノルウェーは遠隔操業の海底技術を追求していました。最近では、処理装置から海底車両（自律型水中乗り物を追跡するパイプラインなど）まで、より自律的な海底システムを開発しようとしています。

ノルウェーのStatoilは、ヒューストンに本拠を置くOceaneering（e-Novus）とノルウェーに本拠を置くIKMの1台から2台の遠隔操作車両（ROV）を複数の週に展開し、月間の展開も可能です。しかし、これらの展開は、車両がもはや支持船を必要としないという自律的な意味であったが、陸上では拘束され、操縦されていた。

次のステップは、Oceaneeringの新しいFreedomコンセプトのようなテザーなしで運転できる車両で、オスロのSubsea Valley Conferenceで発表されました。海底ドッキングステーションに住み、係留された（遠隔操作された）モードまたは縛られていない（自律的）モードのいずれかで任務に飛び出ることができるハイブリッド車両に基づく居住者ROVの概念です。ドッキングステーションに充電される車載バッテリと、それが選択できるツール「マガジン」を備えています。同社は、海底谷でROVオペレーションマネージャーのArve Iversenが来年、約3.3mの長さになると予想されるプロトタイプを用いて、海洋試験を行うことを望んでいる。

しかし、自律システムを開発するためにはるかに多くのことが行われています。 NTNU AMOSは、ノルウェーの研究評議会による優秀研究センター（CoE）の支援として、他の国際的な研究パートナーおよびノルウェー企業と協力して、2013年から10年間、NTNUの海洋技術と工学サイバネティックスの部門間に設立されました。 2013年以降、Drone社のスカウト、Go-Proスタイルのユーザビリティを備えた観測ROV（最深水中商用機）企業のBluEyeなど、53人の博士課程学生と複数の他のスピンアウトをすでに発表しています。このような企業の組み合わせは、研究がどこに向かうのか、つまり相互接続されたシステムのネットワークというアイデアを提供します。

AMOSは、電力システムなどのシステムのインテリジェンスを向上させ、エネルギー消費とバッテリ使用を最適化するためにインテリジェントにすることに取り組んでいるほか、空中や海底の無人機や無人の自律型システム通信と接続のために衛星インフラストラクチャで返答することになる。

有益なことに、宇宙空間に衛星を送信するコストは、39万〜52万ドルに削減されました。「機能は限られており、3〜5年しか使用できませんが、自律システムでは重要です。「無人船で作業して、無人機を送り、共同作業で衛星を使うことができる」

ノルウェーはノルウェー北部のトロンハイムスフィヨルド、ノルウェー西部の最北端にあるストールフィヨルド、センサ技術のテストと開発に適したいくつかのフェリー交差点があるエリアを含むテストベッドとして指定されたいくつかのエリアで、これらの技術のテスト場となっています。管理システム、ノルウェー南部のオスロ・フィヨルドにあるホルテン（Horten）

確かに、 "自律的かつ全電気的な"コンテナ船であるYara Birkelandを含む自律輸送で大きく働いているKongsbergは、NTNUの無人の水中居住者 "ヘビ"ロボットスピンアウトEelumeと協力しています。 Kongsbergは、他の多くのプロジェクト（MuninとHugin AUVとの自律型水中乗り物（AUV）市場での地位を確立している）にも関わっています。Sea-KitはハイブリッドAUV-ASVで、Kongsberg K-MATEの自律的表面船舶制御システム。

しかし、自動化に比べて自律性をどのように定義するかを注意する必要があるとSørensen氏は述べています。「オートメーションは人間の介入なしに明確に定義されたタスクを実行する方法です。自律とは、非構造化環境と不確実性を扱うときです。あなたは通常、無人のシステムでは、3つのDがあるときに行く：鈍い、汚いと危険です。自律的なのはリンクがないからです。それが海底がこの分野をリードしている理由です。それ（システムまたは車両）はそれ自身で存在し、決定を下さなければなりません。事前計画された任務は自治ではありません。計画外の事態が発生した場合、それは自律性に過ぎず、決定を下す必要があります。

自治のレベルもさまざまですが、彼は言います。 1つは、人間はまだループしています。 2つは、信号を中継する時間遅延のために宇宙産業で始まったフィールドである遠隔操作者を使用して、同意で管理します。 3つ、例外による管理。「石油・ガス設備とオフショア設備の多くは、例外的に管理レベル3にあります。船には、発電所を制御するだけの何千もの信号があります。したがって、システムは多かれ少なかれ自律的です。四、非常に自律。 Sørensenは、完全自律性は使用されない傾向があると述べています。議論はむしろ哲学的です。

自律性がどのように実装されているかは、さまざまな形をとることもできます。プラットフォームは、感覚、行動、感知、モデル、計画、そして行動することができます。 Kongsbergの動的配置のための電力管理システムのようなものは自律性を持っていますが、再構成して審議の選択をすることはあまりありません。同様に、無人のプラットフォームは自律的ではなく、反応的です。それは、審議のコントロールアーキテクチャを導入することによって、より自律的にすることができます。別のステップを踏み、システムは感知することによって、そして行うことによって学ぶことができます。

厳密には、高度な自律性を提供するために、状況認識を組み込む必要があります。「これは、センサ技術に関連する重要な領域の1つです。システムがどのように環境を認識できるかに影響します。「情報を認識して感知し、その情報を将来に向けて投影することができますか（つまり、予測して行動すること）？それが私たちが取り組んでいる重要な研究分野の一つです。

この例には、ミッション中に収集して戻って記入したデータのギャップを検出できるマッピングシステムが含まれます。このようなインテリジェントなシステムは、水柱のプランクトンを追跡するために使用され、最初にプランクトンを見つけてそれに従わなければならなかった。これらの能力は、海洋科学と併せて、自律システムが必要とされる主な分野の1つであると予想される、海底の石油・ガスシステムに関連してシステムが動作しているときに重要となります。

どのような目的であれ、石油とガスの探査、再生可能エネルギーや水産養殖の開発、船舶や海洋科学の分野では、ICT、ナノテクノロジー、さらにはバイオテクノロジーの発展によって、海底機器や補助システムの範囲と機能が拡大しています。（例えば、Eelumeによって使用されるスネークモーションのための）新しい材料、マイクロ電気機械システム、および大きなデータを含む。一例として、水中の車体に沿って力を感知して分散させ、抗力を補償または軽減することができるシステムが開発されている、とSørensenは述べている。彼はまた、以前にはできなかったことを分類して検出するために、任意の波長を取ることができるハイパースペクトル検出を使用して、マクロからマクロへの作動および検出、およびマシンビジョンシステムを挙げている。可能性は膨大です。

ソレンセンもこの空間の「民主化」を見ている。より安価なサテライトと市販の水中ドローンが一般に公開されているため、誰もが海洋の科学者になることができます」Sørensen氏は技術のタイムリーな利用可能性を指摘しています。「誰もが海を知っているべきであり、どのように私たちがそれを気にかけているのだろうか。海洋にプラスチックを入れれば、それを乗り越えずに済むだろう、公衆はそれをますます見るだろう。

「宇宙から海洋のマッピングと監視のための無人自律システムの巨大な可能性があることがわかります」とSørensen氏は述べています。

どのようにこの世界が支配され、まだ規制されて答えられるか。サイバーセキュリティについても懸念があります。しかし、人々はビジネスモデルを見る必要があるとSørensen氏は述べています。 "あなたが座っているところでは、ビジネスモデルが心配です。あなたには目が覚める必要があります」とソレンセンは言います。

（ Marine Technology Reporterの 2018年4月版に掲載されているように）