Golven, winden, stromingen, ontwaken van passerende boten en wervelingen die rond structuren wervelen, maken water tot een van de meest complexe omgevingen voor ervaren bootkapiteins, laat staan ​​robots. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Stevens Institute of Technology ontwikkelen algoritmen die robots leren zich aan te passen aan de voortdurend veranderende dynamiek van de zee om een ​​van de grootste zorgen van ons land aan te pakken:het beschermen en behouden van onze verouderende, watergewortelde infrastructuur, zoals pieren, pijpleidingen, bruggen en dammen.

Het werk, onder leiding van Brendan Englot, een professor werktuigbouwkunde aan Stevens, worstelt met de voortdurende kwestie van de frequentie waarmee deze onderwaterconstructies worden gecontroleerd. Er zijn veel meer onderwaterconstructies dan er duikers zijn om ze met de gewenste frequentie te inspecteren. Soms, ze moeten onder het oppervlak duiken naar extreme en gevaarlijke diepten, enkele weken nodig om te herstellen. Englot traint robots om dergelijke taken op zich te nemen, maar dat is niet eenvoudig.

"Er zijn zoveel moeilijke storingen die de robot voortduwen, en er is vaak zeer slecht zicht, het moeilijk maken om een ​​voertuig onder water hetzelfde situationele bewustzijn te geven dat iemand zou hebben als hij gewoon op de grond zou rondlopen of in de lucht zou zijn, ’ zegt Englot.

Englot is klaar voor de uitdaging.

Zijn onderzoeksgroep maakt gebruik van een soort kunstmatige intelligentie die bekend staat als versterkingsleren en die algoritmen gebruikt die niet gebaseerd zijn op een exact wiskundig model; in plaats daarvan leren de doelgerichte algoritmen robots hoe ze een complexe doelstelling kunnen uitvoeren door acties uit te voeren en de resultaten te observeren. Terwijl de robot gegevens verzamelt, het werkt zijn "beleid" bij om optimale manieren te vinden om onder water te manoeuvreren en te navigeren.

De gegevens die ze verzamelen zijn sonar, het meest betrouwbare hulpmiddel voor onderzeese navigatie. Als een dolfijn die echolocatie gebruikt, De robots van Englot zenden hoogfrequente chirps uit en meten hoe lang het duurt voordat het geluid terugkeert nadat het van omliggende structuren is weerkaatst - ze verzamelen gegevens en krijgen situationeel bewustzijn terwijl ze worden omvergeworpen door een willekeurig aantal krachten.

Englot stuurde onlangs een robot op een autonome missie om een ​​Manhattan-pier in kaart te brengen. "We hadden geen eerder model van die pier, ", zegt Englot. "We konden onze robot gewoon naar beneden sturen en hij kon tijdens de hele missie terugkomen en zichzelf met succes lokaliseren." Geleid door algoritmen die in het Englot-lab zijn gemaakt, de robot bewoog onafhankelijk, het verzamelen van informatie om een ​​3D-kaart te maken die de locatie van de palen van de pier weergeeft.

Deze eerste stappen zijn bemoedigend, maar Englot werkt eraan om de mogelijkheden van zijn robots uit te breiden. Englot voorziet routine-inspecties door robots van alles, van scheepsrompen tot offshore-olieplatforms. In aanvulling, robots kunnen de uitgestrekte, onderwater terrein.

Echter, om deze doelen te bereiken, moeten de beperkingen van sonar worden aangepakt. "Stel je voor dat je door een gebouw loopt en door de gangen navigeert met dezelfde grijstinten, korrelige visuele resolutie als medische echografie, ’ zegt Englot.

Als een structuur eenmaal in kaart is gebracht, kan een autonome robot een tweede doorgang plannen, een hogere resolutie inspectie van kritieke gebieden met behulp van een camera. Englot stelt zich verder palingachtige robots voor die door spleten en nauwe ruimtes kunnen weven, misschien zelfs helpen bij reddingen. "Om echt te profiteren van dat soort ontwerpen, moeten we eerst met vertrouwen kunnen navigeren, " zegt hij. Englot blijft zijn algoritmen aanpassen om dat vertrouwen te geven.

Englot bevordert ook de onderwatertechnologie die verder gaat dan de huidige patchwork-kaarten die moeizaam zijn gemaakt door joystickgestuurde robots, als een rover op een verre planeet. "Sommige van de moeilijkste uitdagingen op het gebied van robotautonomie bevinden zich onder water, "zegt hij. Er is nog een lange weg te gaan, maar het overwinnen van uitdagingen bracht Englot in de eerste plaats op het gebied van robotica.