Soluções emergentes podem resolver os atuais problemas submarinos, enquanto um novo sistema de taxonomia pode esclarecer as capacidades do domínio em expansão dos veículos subaquáticos.
Maximizar a eficiência e a segurança da robótica submarina exige mais do que apenas veículos subaquáticos avançados: requer uma infraestrutura de suporte.
O carregamento universal permitirá energia consistente para futuras aplicações residenciais submarinas, enquanto a identificação passiva de ativos poderá melhorar a precisão em condições de baixa ou nenhuma visibilidade. E, à medida que o domínio dos robôs subaquáticos se expande, uma padronização proposta para as descrições ajudará a esclarecer as capacidades da frota submarina.
Manter os drones submarinos prontos para operar requer mantê-los energizados por meio de carregamento submarino.
Uma visão é a de locais de carregamento submarinos totalmente interoperáveis, para que qualquer veículo subaquático possa pousar na estação de atracação para ser carregado por meio da tecnologia de carregamento indutivo sem fio.
Ao apresentar o OTC 35570 na Offshore Technology Conference (OTC) em Houston em maio, o diretor de operações da Unplugged, Thomas JJ Meyer, comparou essas estações de acoplamento submarinas (SDS) a postos de gasolina terrestres.
“Essas estações de carregamento não são tão diferentes daquelas que você pode encontrar na superfície, não tão diferentes no sentido de que qualquer drone — qualquer drone de qualquer fornecedor — pode pousar, atracar, carregar e também se comunicar com o resto da infraestrutura”, disse ele.
Os SDSs interoperáveis permitem que drones de intervenção subaquática (UIDs) permaneçam estacionados no fundo do mar, reduzindo a dependência de embarcações de superfície e da intervenção humana para o lançamento ou recuperação da unidade em cada missão. Essa abordagem reduz custos, melhora a segurança e reduz as emissões. Também elimina a necessidade de aguardar condições desfavoráveis do mar para a implantação do robô, pois o veículo submarino já está estacionado no fundo do mar.
Os autores sugerem que, quando missões repetidas são planejadas, ou em situações em que UIDs próprios podem ser transferidos entre campos, colocar um SDS no fundo do mar por um gasto de capital de US$ 1 milhão a US$ 2 milhões representa um caso comercial convincente em comparação com implantações repetidas de um veículo operado remotamente (ROV) ou veículo subaquático autônomo (AUV) de uma embarcação.
Mas a implantação de um SDS interoperável apresenta desafios. Unidades submarinas frequentemente possuem sistemas proprietários de atracação e carregamento, dificultando a padronização. Além disso, a transferência eficiente de energia e dados debaixo d’água continua sendo um obstáculo técnico.
Operadoras como a Equinor gostariam de ver esses desafios superados. A Equinor, com seus inúmeros projetos na Plataforma Continental Norueguesa (NCS), tem apoiado os esforços de residência submarina na área. Durante duas implantações, o Hydrone-R da Saipem permaneceu residente no campo de Njord da Equinor por mais de 8 meses, completando um total acumulado de 240 dias de operações contínuas e mais de 280 missões de atracação de um SDS. Atualmente, existem outros dois SDSs em operação na costa da Noruega, com duas instalações adicionais planejadas e cerca de uma dúzia em consideração.
Em 2019, três SDSs foram construídos e testados com diferentes veículos subaquáticos. O Saab Seaeye Sabertooth AUV foi usado no centro de testes da Saab na Suécia, enquanto o Hydrone-R UID da Saipem foi testado no centro de testes da Saipem na Itália. O Freedom da Oceaneering, o Stinger UID homônimo da Stinger Technology e o drone em formato de cobra da série M da Eelume foram todos testados no Tau Autonomy Center, perto de Stavanger, na Noruega.
“Como podemos ter tanto sucesso em instalar estações de recarga no fundo do mar? Bem, o segredo é: não existe segredo. Você pode vir até mim depois da reunião e pedir os desenhos CAD (desenho auxiliado por computador) da estação de recarga, e eu os entregarei. É tudo padrão aberto”, disse Meyer. “A estação de recarga em si segue o padrão API 17F, o que significa que a estrutura em si pode durar 25 anos no fundo do mar.”
A base deve ser resiliente o suficiente para acomodar impactos de pouso repetidos e permanecer operável, disse ele.
Ele disse que o protocolo de comunicação e as interfaces elétricas da estação atendem ao Padrão Subsea Wireless Group (SWiG) e que os principais fabricantes de drones incorporaram acopladores compatíveis com o padrão, garantindo compatibilidade.
“Isso significa que, se o fabricante do seu drone seguir o Padrão SWiG, ele acoplará e carregará na mesma estação de carregamento, exatamente o que você esperaria do seu carro. Isso explica por que os drones Saipem, Saab e Oceaneering acoplarão e carregarão na mesma estação de carregamento”, disse ele.
Uma decisão inicial na transferência de energia foi escolher entre conectores de acoplamento úmido e tecnologia sem fio. Um conector de acoplamento úmido é semelhante ao carregamento em terra, mas apresenta limitações, como a necessidade de alinhamento preciso e a quantidade de força necessária para as operações de acoplamento e desacoplamento. Sua funcionalidade operacional atinge o máximo de 500 a 1.000 ciclos de acoplamento, portanto, o uso diário limitaria sua vida útil. Por fim, os pinos em uma conexão de acoplamento úmido são suscetíveis à corrosão.
As tecnologias de carregamento sem fio consideradas incluíram métodos capacitivos, indutivos, de radiofrequência e ópticos, sendo o indutivo considerado a opção mais viável. Embora os modernos sistemas indutivos sem fio terrestres ofereçam alta capacidade de potência e eficiência, as capacidades submarinas são limitadas. A capacidade de transferência de energia submarina de 2,5 kW foi escolhida para recarregar os UIDs. A bateria de um UID de classe de trabalho moderno varia de 20 a 80 kWh e requer de 8 a 32 horas para carregar totalmente. Como normalmente há tempo de inatividade suficiente entre as missões, o tempo de carregamento é uma preocupação limitada, escreveram os autores.
A atual tecnologia sem fio SDS é qualificada para uma vida útil de 15 anos, opera em profundidades de água de 3.000 m e transmite dados a uma taxa de 100 Mbps.
Olhando para o futuro, os autores observaram que o SDS oferece um caminho claro para o estabelecimento de um padrão universal para operações com drones submarinos — semelhante à interoperabilidade observada em estações de reabastecimento em terra. No entanto, a colaboração da indústria será necessária para refinar ainda mais os padrões SWiG e promover sua adoção global. Eles também veem a evolução contínua da tecnologia submarina como útil para lidar com as limitações atuais, como o aumento das taxas de transferência de potência indutiva de 2,5 kW para 5 ou 10 kW e o aumento das taxas de transferência de dados de 100 Mbps para 1 Gbps ou mais, a fim de suportar missões com maior uso intensivo de dados.