横跨大西洋的自主航行

驾船横渡大西洋对人类水手来说已经足够具有挑战性了。 但是电脑呢？ BBC Future 参观机器人帆船赛。

从来没有人驾驶过一艘自动驾驶船横渡大西洋。 很少有人尝试过，自 2010 年开始以来，只有少数团队参加了跨大西洋 Microtransat 挑战赛。所有都失败了，因为一家名为 Offshore Sensing 的公司在开始绕圈之前行驶了 1,500 公里 - 超过一半的路程。

官方称，Microtransat 的获胜者是最快实现穿越的团队； 实际上，赢家是第一个。 他们制定了规则，例如最大船只长度（2.4m 或 8ft）和障碍物/碰撞避免系统。 但是团队可以在 XNUMX 月和 XNUMX 月之间的任何时间启动他们的船，甚至他们去哪个方向都没有关系：纽芬兰到爱尔兰，反之亦然。

竞争对手包括大学俱乐部，还有自主船舶公司，如 Offshore Sensing（一家制造帆动力自主研究船的公司），甚至美国海军学院。 毕竟，主要目标只是完成。 对于许多参与者来说，竞争的乐趣和跨越大西洋的长期追求是商业或研究项目的副产品。

风帆有一点优势。 这是一家商业公司，销售用于海洋学和气象学研究的类似船只。 它在 Microtransat 上发送的船只此前已经在波涛汹涌的北海完成了几个月的自主航行，没有出现任何问题。

从顶部看，这艘船有点像冲浪板，中间有一块太阳能电池板，还有一个短的，
靠近前面的梯形帆。 除了帆，它位于水中，以锥形的鼻子和尾巴穿过。 波涛汹涌的大海将它抛来抛去，甚至冲过顶部，而不会损坏它，而且几乎奇迹般地保持了稳定的航向。

其他人也关注这一挑战，以及如何解决它的新想法。 在奥兰应用科学大学，自 2013 年以来，一小队工程师一直在建造机器人帆船并参加比赛。今年，他们从一家瑞典飞机制造商那里购买了 2.8m（9.2 英尺）刚性“翼”型帆并将其安装在他们的 2.4m (8ft) 帆船 ASPire 上。

ASP 代表自主航行平台，它是白色的像帆浮标，但有更深、更窄的船体和高大的矩形翼帆，两侧有两个较小的翼型。 这两个钻井平台的建造都不是为了参加比赛，而是作为研究工具，携带水传感器来测量 pH 值、温度、电导率和盐度。

尽管专注于研究、使用未经验证的新型翼帆存在风险以及未经测试的系统，但 Aland Sailing Robots 还是在 XNUMX 月在挪威霍滕举行的世界机器人帆船锦标赛上登上了它的船，并赢得了胜利。

世界机器人帆船锦标赛是 Microtransat 的一个衍生项目，来自相关领域的大学或公司的团队在为期四天的不同任务中进行比赛，包括车队比赛、区域扫描比赛、避撞和站位保持，其中船必须保持其位置五分钟。

交错起跑
在挪威奥斯陆峡湾入口处刮风的第一天，从挪威出发后不久，ASPire 开始错开起步。 当船驶向霍滕的内港时，船厂旁边的一个海湾隔水可见瑞典，来自奥兰的团队看着他们的船慢慢地接住，然后经过领头的船。

“很高兴看到这一点，”Aland Sailing Robots 的项目经理 Anna Friebe 说。 “我真的不认为我们能够竞争。 但它最终奏效了，恰逢其时。”

虽然该团队的强项是软件工程和态势分析，但他们仍然必须精通机械工程，才能使船在充满挑战的海域中运行。 ASPire 建造在船体上，在残奥会帆船比赛中使用的龙骨中使用了稳定的铅重。 为此，除了翼帆外，该团队还安装了研究传感器并建造了一个钻机，将它们绞入水中。

世界机器人帆船锦标赛的船只大小和形状各不相同，从具有未来派外观的 ASPire 到小型的传统双帆单桅帆船，看起来就像孩子可能在池塘上航行的那种遥控帆船。

比赛的第二天，峡湾笼罩在雨中，因为船只利用风、帆的角度和方向舵，精确地就位一动不动。

与所有比赛一样，提前编程的机载计算机必须能够识别风况、了解自身位置并操纵风帆和方向舵进行补偿。 这也是，奥兰德赢了，领先于第二名的东南挪威大学学院和第三名的美国海军学院。

第三天以区域扫描为特色，船只有 30 分钟的时间尽可能多地覆盖指定区域。

大多数人使用传统的锚定策略来追踪路径，拉出线以打开帆，或将其卷入以改变角度。 ASPire 的翼帆而是围绕中央桅杆旋转，弗里贝说这简化了操作。

从头顶看，与其他船上的意大利面堆相比，ASPire 的路径看起来像割草机网格，因此 Aland 进行了全面扫荡，因为第四天的防撞事件由于缺乏足够的风而被取消。

Aland Sailing Robots 的成立是为了参加 Microtransat 比赛，但由于资金压力，他们的大部分资金来自欧洲区域发展基金并用于海洋研究平台，这意味着他们没有资源尝试穿越。

根据组织者 Colin Sauze 的说法，Microtransat 的目标是为海洋监测平台做出贡献，同时也提供学习机会。

Aland 和 Offshore Sensing 都主要专注于水生研究。 Peddie 说，与其他获取海洋数据的方式相比，机器人具有几大优势。 其他选择，漂流浮标或载人船只，移动性较差或成本较高。

一艘传统的研究船每天可能要花费 20,000 美元，Peddie 说这可以让一艘自主帆船运行几个月，包括船的成本。 此外，小型船只（Sailbuoy 长 200 米，重 XNUMX 磅）可以到达载人船只无法到达的地方，例如飓风路径、火山或冰山领域。

Microtransat 和世界机器人帆船锦标赛中的许多其他团队要么由行业运营，要么与行业合作。

美国海军学院团队将其用作海军人员的教育（他们的船拖网渔船诱饵已不止一次被渔民捕获）。 中国团队一半来自上海大学，另一半来自一家公司。 挪威海军研究所派出了一艘自主船来协助此次活动。

他们所做的很多工作甚至可以应用于帆船之外。 自主航运已经在迅速发展，Microtransat 竞争对手为避免碰撞必须满足的标准与国际海事组织提出的标准相同，而 Aland 团队用来向其他船只传输和接收航向和速度的自动识别系统是与商船使用的相同。

“对我们来说，作为一家公司，真正的 Microtransat 并不是什么大问题，”Peddie 说。 “但我已经关注这些人很多年了，我认为这是一个有趣的概念。 这也是具有历史意义的东西，比如林德伯格飞过的连接美国和欧洲的距离基本相同。”

尽管如此，Peddie 计划明年再试一次，一旦被渔船捡起的风帆浮标返回并修复（他们仍然不知道它有什么问题）。

“我们只想成为第一个这样做的人，并设法越过这片海洋，”他说。 “明年我希望我们能跑完 3,000 英里。”

资料来源：BBC 未来