Studenci zbudowali pływającego drona. "Ma poważne zadanie"
Wrocławscy studenci zbudowali bezzałogową łódź do monitorowania zanieczyszczeń. F.O.K.A. bada jakość wody i może ciągnąć ładunek ważący aż 120 kg.
Zamiast hałaśliwej motorówki z ekipą pobierającą próbki, lekka łódź bezzałogowa, która sama przepływa wyznaczoną trasę i na bieżąco mierzy, co dzieje się w wodzie. Studenci Politechniki Wrocławskiej zbudowali pływającego drona F.O.K.A., który potrafi monitorować jakość wody, szukać niebezpiecznych zanieczyszczeń, a nawet ciągnąć spory ładunek.
Katamaran jak pływające laboratorium
F.O.K.A. to bezzałogowy pojazd nawodny zaprojektowany od zera przez studentów z Koła Naukowego Politechniki Wrocławskiej Solar Boat Team. Z zewnątrz wygląda jak niewielki katamaran, czyli łódź z dwoma wąskimi, równoległymi kadłubami połączonymi sztywną konstrukcją. Taki układ zapewnia dużą stabilność na wodzie, co przy pomiarach jest cenniejsze niż efektowna prędkość.
Pomiędzy około metrowymi pływakami studenci wbudowali platformę, a na niej skrzynię z elektroniką, zasilaniem i kompletem czujników. To w praktyce tak naprawdę pływająca jednostka pomiarowa, która może wypłynąć tam, gdzie dostęp z brzegu jest utrudniony, i wrócić z gotowym zestawem danych o stanie zbiornika, rzeki czy zalewu.
Jednostka waży około 15 kg, więc łatwo ją przetransportować samochodem czy nawet przenieść we dwie osoby na brzeg. Mimo niewielkich rozmiarów jest zaprojektowana jak pełnoprawna platforma badawcza, a nie zdalnie sterowana zabawka.
Co F.O.K.A. widzi w wodzie?
Jak czytamy na łamach Nauka w Polsce, sercem projektu tak naprawdę nie jest sama łódź, ale zestaw czujników zanurzonych w środowisku wodnym. Na pokładzie znalazł się m.in. czujnik pH, który mierzy kwasowość lub zasadowość wody. Jest to kluczowy dla organizmów wodnych parametr. Zbyt kwaśne lub zbyt zasadowe środowisko może zaburzać rozwój roślin i zwierząt wodnych, a także świadczyć o obecności zanieczyszczeń.
Kolejny element to termometr, dzięki któremu jednostka bardzo dokładnie mapuje różnice temperatur w różnych częściach zbiornika. Z pozoru to prosta informacja, ale z punktu widzenia ekologii wody ma ogromne znaczenie. Strefy cieplejsze i chłodniejsze wpływają bowiem na życie ryb, rozwój glonów czy rozpuszczanie tlenu w wodzie.
Czujnik zmętnienia pozwala z kolei ocenić, jak bardzo woda jest przeładowana zawieszonymi drobinami, np. mułem, pyłem czy cząstkami organicznymi. Do tego dochodzi czujnik cząstek stałych, który pomaga w wykrywaniu zanieczyszczeń mineralnych i innych materiałów zawieszonych. Czujnik głębokości umożliwia natomiast powiązanie wszystkich tych parametrów z konkretną wartością głębokości w danym miejscu.
Zestaw sensorów sprawia, że F.O.K.A. może nie tylko pobieżnie opisać stan wody, ale także wskazać obszary, w których pojawiają się warunki potencjalnie niebezpieczne dla roślin i zwierząt, np. nagłe skoki temperatury, nietypowe wartości pH czy obszary o podwyższonej mętności. W klasycznym modelu wymagałoby to wielu rejsów i ręcznego pobierania próbek, tutaj pomiary dzieją się w sposób ciągły podczas rejsu.
Od sonaru po mapy 3D dna. To konstrukcja gotowa na rozbudowę
Studenci zaprojektowali kadłub i platformę tak, aby dron mógł ewoluować wraz z kolejnymi pomysłami. Obecny moduł pomiarowy skupia się głównie na jakości wody, ale konstrukcja pozwala na montaż dodatkowych urządzeń. Wśród nich wymieniają chociażby sonar, czyli urządzenie wysyłające fale akustyczne w głąb wody i analizujące odbite sygnały.
Sonar stosuje się do badania głębokości, przeszkód i kształtu dna. Połączenie F.O.K.I z takim systemem pozwoliłoby tworzyć trójwymiarowe mapy dna rzek, jezior czy portów. To cenna wiedza nie tylko dla naukowców, ale również dla służb odpowiedzialnych za bezpieczeństwo żeglugi czy planowanie prac hydrotechnicznych.
Platforma przewozi bez problemu dodatkowy sprzęt. Na pokład można załadować wyposażenie badawcze o masie do 15 kg. Dron jest w stanie też pociągnąć za sobą ładunek o masie około 120 kg. Oznacza to, że może holować boje pomiarowe, niewielkie platformy z innymi czujnikami albo sprzęt wykorzystywany do dodatkowego poboru próbek.
Autonomiczna łódź zamiast inspektora w motorówce
F.O.K.A. jest bezzałogowa, co oznacza, że nikt nie musi siedzieć na pokładzie podczas pomiarów. To ważne z kilku powodów. Po pierwsze, można wysłać ją w miejsca zbyt trudne lub zbyt ryzykowne dla klasycznej łodzi z załogą, np. w rejony o dużym natężeniu ruchu, blisko konstrukcji hydrotechnicznych czy w okolice zanieczyszczonego wycieku.
Samo sterowanie odbywa się natomiast na dwa sposoby. Dron może pływać autonomicznie po wcześniej zaprogramowanej trasie, kontrolowany przez pokładowe systemy łączące się przez Wi-Fi. Może też być kierowany ręcznie pilotem, gdy potrzebne jest precyzyjne manewrowanie, np. blisko brzegu czy w czasie testów. Twórcy podkreślają, że system jest otwarty na rozbudowę. W kolejnych etapach może zostać wzbogacony o długodystansowe sterowanie radiowe, niezależne od zasięgu lokalnej sieci.
Przeczytaj także:
Za napęd odpowiadają baterie litowo-jonowe, znane z laptopów czy samochodów elektrycznych. Są lekkie, mają dużą gęstość energii i dobrze sprawdzają się tam, gdzie liczy się każdy kilogram. Zastosowanie takiego zasilania pozwala foce pływać nawet około 5 godz. na jednym ładowaniu, co daje możliwość monitorowania całego średniej wielkości zbiornika bez przerwy na powrót do bazy.
Choć F.O.K.A. jest na razie jedynie projektem studenckim, to świetnie wpisuje się w coraz pilniejszą potrzebę systematycznego monitorowania wód. Zmiany klimatu, długotrwałe susze, zrzuty ścieków i nawozów sprawiają, że stan rzek i jezior staje się jednym z kluczowych tematów środowiskowych. Tego typu drony wodne mogą w przyszłości wspierać służby, samorządy i naukowców w bieżącej ocenie sytuacji.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: Politechnika Wrocławska
