В сентябре 2020 года на поверхность рек и каналов Петербурга могут выйти небольшие роботы, задачей которых станет анализ качества воды и поиск источников загрязнений. Эти работы станут очередным этапом испытаний водных дронов, созданных компанией Airlab, резидентом Технопарка ИТМО.

«Мы рассчитываем, что эпидемиологическая ситуация будет уже достаточно благоприятной, и мы сможем провести ряд экспериментов с несколькими нашими дронами на реках и каналах Петербурга. Мы попробуем составить экологическую водную карту, посмотреть, как выглядит вода, возможно, найдем какие-то интересные с точки зрения состояния воды артефакты», ― прокомментировал Александр Капитонов, сооснователь Airalab, декан факультета инфокоммуникационных технологий, доцент факультета систем управления и робототехники Университета ИТМО.

Испытания планировалось провести еще летом, но помешала эпидемия COVID-19, перекроившая планы ученых. Тем не менее, инженеры рассчитывают, что уже в сентябре они смогут полноценно испытать свою систему в водоемах Петербурга.

От Волги к Неве

Проекту водного дрона, способного в автоматическом режиме мониторить состояние воды, уже около двух лет. Первый прототип собрали в Тольятти, он был призван доказать жизнеспособность идеи, выявить технические нюансы во время полевых экспериментов и привлечь внимание общественности и бизнеса.

«У нас есть команда, часть которой находится в Тольятти, поэтому первые эксперименты ребята проводили на Волге, ― рассказывает Александр Капитонов. ― Там они построили первый прототип, оснастили его специальными предоставленными партнерами датчиками. С их помощью беспилотное судно может замерять загрязнение воды водоемов, где нет очень быстрого потока. После этого некоторое время прототип мониторил экологическую обстановку в Волге».

В 2019 году было решено перевести проект в Петербург, где при помощи сотрудников факультета систем управления и робототехники был разработан второй прототип с более легким корпусом, делающим дрон маневреннее. При этом удалось сократить и цену разработки. За счет доработок новая версия дрона оказалась лучше приспособлена к работе в узких водоемах, что будет полезно при замерах в небольших каналах и протоках Северной столицы.

Финальной задачей станет создание небольшого флота дронов, способных выполнять совместные замеры на воде.

Особенности работы на воде

Разработка плавающих дронов представляет особую сложность ― из-за волн и высокого сопротивления воды эти устройства требуют самостоятельных решений для навигации и позиционирования. Нельзя просто механически перенести системы из беспилотных машин, роботов-погрузчиков, квадрокоптеров и других подобных систем, работающих на земле или в воздухе.

Дрон необходимо было сделать компактным, чтобы его можно было легко перевозить на машине, спускать с необорудованных берегов. Однако компактность не должна была стать причиной снижения автономности и функциональности, поэтому в качестве материала корпуса было выбрано легкое и прочное стекловолокно, а питание обеспечивалось в том числе с помощью солнечных батарей. Для защиты электроники были добавлены три герметичных кейса на быстросъемных крепежах и герметичный люк на палубе, что позволяет удобно менять и обслуживать электронику.

Для авторизованного доступа к датчикам дрона был разработан протокол их идентификации с помощью уникальной цифровой подписи. Также был создан программный пакет sensors-connectivity, который позволяет агрегировать информацию от датчиков. Публикацию данных можно выполнять в удаленное место в сети: например, в одном из экспериментов данные отправлялись на сервера всемирной сети Sensor.Community. При этом опубликованные данные защищены от подделок с помощью комбинации различных инструментов, использующих технологию блокчейн.

Работа имела не только инженерный выход, но и научный. Весной команда проекта совместно с коллегами из Италии опубликовала статью в журнале Frontiers in Robotics and AI. В ней, помимо результатов использования первого прототипа, были представлены наработки по планированию траектории для «роя» водных дронов, которые направляются дроном-лидером.

Интерес с других континентов

Как отмечают создатели дрона, они рассчитывают на широкое применение своей разработки. По оценкам экспертов, в России тому или иному загрязнению подверглась примерно половина всех подземных вод и три четверти поверхностных, подчеркивают инженеры. В некоторых странах эта цифра еще больше. При этом технология автоматического сбора и выкладывания данных в общий доступ может не только сократить затраты на мониторинг окружающей среды, но также и повысит доверие общественности к результатам таких исследований.

В конце октября Airalab представила своего дрона в Барселоне на одной из крупнейших выставок IoT Solutions World Congress. Там интерес к разработке проявили специалисты из Южной Америки и Юго-Восточной Азии. Из-за пандемии совместные планы с потенциальными партнерами из Уругвая пока отложены. Однако сейчас представители компании и Университета ИТМО возобновили поиск партнеров для проекта.

«Мы уже некоторое время сотрудничаем с барселонской компанией Inea, у которой множество офисов в Латинской Америке, ― рассказывает помощник первого проректора Университета ИТМО Алексей Лизунов. ― Это сервис для компаний и вузов для налаживания деловых связей. В частности, они подбирают потенциальных партнеров для латиноамериканских вузов в Европе и, решив выйти на российский рынок, они выбрали Университет ИТМО как одну из точек входа. Также они продвигают различные бизнесы и стартапы в Южной Америке, где сейчас очень важна тема экологии и контроля за качеством воды. В частности, они уже делала там проект «умных кранов» для отелей, госучреждений, что позволяло следить за состоянием водопроводной воды. Проект дронов от Airalab их однозначно заинтересовал, уже обсуждались три возможные точки захода на рынок ― госучреждения, такие как министерства экологии или водных ресурсов, научно-исследовательские центры и вузы, а также международные организации. Нас прежде всего, интересуют такие рынки, как Аргентина, Уругвай, Мексика, Чили, Бразилия, Эквадор, Колумбия. Сейчас мы разрабатываем соглашение о сотрудничестве и будем надеяться, что получится реализовать проект по продвижению технологии в Латинскую Америку».

Также, как отмечают создатели проекта, сейчас интерес к разработке проявляют представители африканских стран.