Table of Contents
A New Era for Autonomous Subsea Exploration
إن المحيط العميق لا يزال واحدا من أقل الحدود استكشافا على الأرض، حيث يغطي أكثر من 60 في المائة من سطح الكوكب، غير متاح إلى حد كبير لتوجيه المراقبة البشرية، فعمليات الاستكشاف تحت سطح البحر تعتمد على المركبات التي تعمل عن بعد والتي تُستخدم في السفن السطحية، وتحتاج إلى تجربة يدوية ثابتة، بينما كانت هذه النظم محدودة بسبب الإرهاق من قبل المشغلين، وبطء الاتصالات، والقيود المادية لنظم الابتكار في أعماق البحار.
مؤسسة المراقبة الرقمية في أجهزة الصعق الفرعية
ويمكن أن تُستبدل نظم المراقبة الرقمية حلقات الشعار التقليدية أو حلقات المراقبة اليدوية بعمليات محددة للبرامجيات، وهذا يعني في إطار نظام التشغيل الآلي في منطقة البحر أن تحركات المركبة، والارتجاعية في مجال الاستشعار، ومنطق البعثة تدار جميعها بواسطة نظم حاسوبية على متن السفن بدلاً من الاعتماد على مشغليها، وهذا النهج يوفر عدة مزايا، أولاً، يمكن أن تؤدي أجهزة القياس الرقمية إلى إحداث تغييرات معقدة في المقاييس مثل المقاييس الافتراضية الافتراضية.
إذكاء الوعي وتقدير الدولة
ومفهوم البيئة تحت الماء هو أول تحدٍ لأي نظام مستقل، فخلافاً للآليات الجوية أو الأرضية، لا يمكن للمركبات الفرعية أن تعتمد على النظام العالمي لتحديد المواقع أو الإشارات اللاسلكية التي تُستخدم تحت سطح الأرض، بل إنها تعتمد على نظم تحديد المواقع الصوتية، وسجلات سرعة الدوبلر، وأجهزة الاستجمام المميتة.
الاتصالات الصوتية ومراقبة الترددات المنخفضة
* إذا كانت القدرات الذاتية تقلل من الحاجة إلى التدخل البشري المستمر، فإن الاتصال بين الآليين وسفن الدعم السطحي يظل ضرورياً للإشراف، وتحميل البيانات، والتجاوزات الطارئة، فالتواصل تحت الماء ينطوي على تحديات كبيرة لأن هذه الموجات المشعة تتسارع بسرعة، مما يرغم على الاعتماد على وسائل الاتصال الصوتية التي تنقل البيانات عن طريق موجات سليمة.
الملاحة الذاتية وتجنب العواصم
ومن أهم عمليات الانجاز في المراقبة الرقمية دمج الملاحة المستقلة تماماً، وبدلاً من أن يسترشد بالسيارة عبر مقياس البهجة، يخطط الروبوت نفسه وينفذ مسارات تستند إلى معايير البعثة وبيانات بيئية، وتُستخدم هذه القدرة بواسطة مجموعة من أجهزة الاستشعار على متن السفن، ورسم خرائط الخوارزميات، واتخاذ القرارات في الوقت الحقيقي.
تعليم الآلات لأغراض التخطيط الارشادي
ويتوقف التخطيط التقليدي للمسار على نماذج البيئة وديناميات المركبات، ولكن في أعماق البحار متجانسة وغير قابلة للتنبؤ، ويمكن أن تتغير التجارب الحالية، وقد تختلف الأرض عن الخرائط المسبقة الحمولة، كما أن التعلم الماكني يوفر وسيلة للتكييف، مثلا، يمكن أن يدرب التعاضد على سياسة التحكم التي تستخدم الطاقة على الوجه الأمثل، مع بقاء نماذج مرئية على أساس المقاييس.
تجنب الاصطدام في البيئات البصرية المتردية
وكثيرا ما تكون الرؤية تحت الماء ضعيفة، ولا سيما في المياه الساحلية المضطربة أو في أعماق لا يخترق فيها ضوء الشمس، وفي هذه الظروف، لا توفر الكاميرات سوى بيانات مفيدة قليلة، ويجب أن يعتمد النظام على أجهزة الاستشعار الصوتية، غير أن صور السونار أقل في شكل حل، وكثيرا ما تتضمن ضوضاء من الانعكاسات المتعددة الجنسيات.
تحسين تجهيز البيانات والحمولات العلمية
كما أن آلية استكشاف المياه الفرعية ليست مجرد مركبات، بل هي منابر لجمع البيانات المحمولة، وقد حولت نظم المراقبة الرقمية كيفية الحصول على البيانات العلمية وتجهيزها ونقلها، ومن الناحية التاريخية، فإن هذه المركبات التي تجمع بيانات عن أجهزة الاستشعار الخام، مثل عينات المياه، ومسح السونار، وخزنت هذه الصور للتحليلات اللاحقة، مما يعني أن العلماء كثيرا ما كانوا ينتظرون حتى يتم إعادة تشكيل المركبات
التصوير بالصور الحقيقية والمحللين الفيديويين
فالبيانات البصرية حاسمة بالنسبة للعديد من بعثات فرعية، بدءا من الدراسات الاستقصائية البيولوجية إلى عمليات التفتيش الأثرية، ومع ذلك فإن حجم الفيديو التي يتم تصويرها خلال فترة غطائية عادية هو عدد ساعات من التصويرات ذات التعريفات العالية، كما أن نظم المراقبة الرقمية يمكن أن تدمج الآن في أجهزة التصوير بالفيديو التي يمكن أن تدير خوارزميات حاسوبية كثيفة لكشف الأجسام وتتبعها وتصنيفها، وعلى سبيل المثال، يمكن لمسح روبوتي أن يستخدم نموذجا
ضغط البيانات ونقل الصوت
ونظراً للقيود التي يفرضها النطاق الترددي على الاتصالات الصوتية، فإن ضغط البيانات بكفاءة أمر أساسي لتقاسم المعلومات بين الآليين والسطح، إذ أن أجهزة التحكم الرقمية الحديثة تنفذ خوارزميات ضغطية مصممة خصيصاً للاستخدام تحت الماء، مثل مضغوطة الصور المتحركة أو رموز الفيديو المفقودة التي تُستخدم في الصور العلمية، وتستخدم بعض النظم أيضاً الرؤى الاصطناعية التي تستخدم فيها أجهزة الاستخلاص الآلي
الأثر على التطبيقات العلمية والصناعية
ويمكن أن تؤدي الابتكارات في مجال المراقبة الرقمية إلى تأثير عميق على ميادين متعددة، وفي مجال العلوم البحرية، فإن الروبوتات المستقلة تتيح إجراء بحوث كانت مستحيلة في السابق، وعلى سبيل المثال، فإن استكشاف كميات أقل من القمح هو بيئة صعبة للغاية لأن هذه المركبات ذات السعة الحرجة من حيث الحرق يمكن أن تُنشر في حفرة صغيرة في الجليد.
كما أن صناعة النفط والغاز في الخارج تستخدم مركبات تفتيش مستقلة لرصد البنية التحتية في أعماق البحار، مما يقلل من الحاجة إلى تدخلات باهظة التكلفة ومخاطرة، وبالمثل، يستخدم قطاع الطاقة المتجددة الأرياف لتفتيش وصيانة التوربينات والكابلات في مزارع الطاقة التي تدوم المد والجزرية، كما أن نظم المراقبة الرقمية تسمح لهذه المركبات بالعمل في تيارات أقوى وفترات أطول، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة التشغيلية.
الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة
ويمكن أن يُعرَّف الجيل القادم من روبوتات استكشاف البحار الفرعية بقدر أكبر من الاستقلالية والكفاءة في استخدام الطاقة والقدرة على التكيف، إذ تعد عدة تكنولوجيات ناشئة بزيادة المظروف، وستصبح التعلم من الآلات أكثر تكاملا في جميع مستويات المراقبة، من حيث توازن القوى في الدفع المنخفض إلى التخطيط للبعثات على مستوى عال، ومن الاتجاهات الواعدة استخدام أجهزة التحكم القائمة على الشبكات الجديدة التي يمكن أن تتعلم من المحاكاة ثم تنقل إلى أجهزة صلبة.
وفي النهاية، فإن هذه الوسائل الآلية التي تتحول إلى نظام غير قابل للاستمرار، والتي تُستخدم في استخدام نظام الرصد الآلي، والتي تُستخدم في إطار نظام الرصد غير النظامي، والتي تُستخدم في إطاره تكنولوجيات متعددة، وتُستخدم في مجال الرصد الذاتي، وتُستخدم فيها هذه الوسائل الآلية، وتُستخدم في الوقت نفسه كشبكات استشعار متنقلة لتتبع الظواهر الدينامية، مثل تزهر الطحالب الضارة، كما أن استخدام أجهزة التكييف المزود بالأجهزة الآلية لا يُعدّل.
الاعتبارات الأخلاقية والتشغيلية
وفي حين أن التقدم التقني مثير أيضاً، فإنه يثير أسئلة هامة، ويعني زيادة الاستقلال أن الروبوتات ستتخذ قرارات دون رقابة بشرية، وهي قرارات مقبولة في البيئات الخاضعة للمراقبة ولكنها تثير شواغل في بيئات حساسة، مثل المناطق المحمية البحرية أو مواقع التراث الثقافي، كما أن نظم الرقابة الرقمية يجب أن تشمل ضمانات مثل قيود البعثة والسلوكيات المأمونية التي تضمن عدم تسبب الإنسان ضرراً غير مقصود.