Veicoli subacquei autonomi (AUV)

Gli AUV operano senza controllo umano in tempo reale, affidandosi invece a computer di bordo, sistemi di navigazione e software di pianificazione delle missioni per completare autonomamente compiti complessi. La loro capacità di raccogliere dati scientifici dettagliati e ispezionare ambienti sottomarini difficili li rende indispensabili in molti campi. Che si tratti di mappare i fondali marini, supportare le ispezioni delle condutture o condurre ricerche sull’habitat marino, gli AUV offrono versatilità e prestazioni senza pari.

Che cos’è un AUV e in che cosa differisce da un ROV?

Un veicolo subacqueo autonomo (AUV) è un veicolo subacqueo senza equipaggio (UUV) che si muove nell’acqua senza l’intervento di un operatore. A differenza dei veicoli telecomandati (ROV), che sono collegati a un’imbarcazione di superficie e controllati in tempo reale da un pilota umano, gli AUV sono preprogrammati per navigare, raccogliere dati e tornare indietro in modo autonomo. Ciò rende gli AUV ideali per missioni prolungate in ambienti profondi o pericolosi dove il funzionamento collegato è impraticabile o impossibile.

Gli ROV offrono il vantaggio di una supervisione umana immediata, che può essere fondamentale per interventi complessi o delicati, come la manipolazione di attrezzature o riparazioni subacquee. Al contrario, gli AUV eccellono in compiti di lunga durata, come rilievi idrografici, mappatura dei fondali marini e valutazioni ambientali, dove la loro autonomia migliora l’efficienza e riduce i costi operativi.

Hydrus Micro Hovering AUV di Advanced Navigation

Tipi di veicoli subacquei autonomi

Gli AUV sono disponibili in varie forme e dimensioni, adattate a missioni e ambienti specifici. Le categorie più comuni includono:

• AUV trasportabili dall’uomo: leggeri e compatti, sono progettati per essere facilmente dispiegati e recuperati da piccole squadre, spesso utilizzati in rilevamenti costieri o operazioni di ricerca e recupero.
• AUV a grande spostamento: equipaggiati per missioni in acque profonde e a lungo raggio, questi veicoli sono caratterizzati da una maggiore autonomia e capacità di carico, adatti alla ricerca oceanografica e alle ispezioni energetiche offshore.
• AUV hovering: combinano la manovrabilità dei ROV con l’autonomia degli AUV, ideali per compiti che richiedono ispezioni ravvicinate, come i rilievi di dighe o scafi.
• Sistemi ibridi AUV/ROV: questi sistemi possono funzionare sia in modo autonomo che con controllo remoto, offrendo flessibilità per missioni complesse o dinamiche.
• Alianti subacquei: gli alianti funzionano senza eliche, ma utilizzano invece le variazioni di galleggiabilità e le ali idrodinamiche per planare nell’oceano.

Applicazioni degli AUV

Gli AUV sono indispensabili in una varietà di operazioni marine:

• Biologia marina e mappatura degli habitat: utilizzati per osservare gli ecosistemi, monitorare le specie e raccogliere campioni di acqua e sedimenti con il minimo disturbo.
• Oceanografia e ricerca climatica: impiegati per misurare la salinità, la temperatura, la torbidità e i livelli di ossigeno disciolto, contribuendo al monitoraggio ambientale a lungo termine.
• Valutazione ambientale e risposta alle catastrofi: impiegano nell’analisi delle fuoriuscite di petrolio, nel monitoraggio dell’erosione costiera e nelle valutazioni dei fondali marini dopo uno tsunami.
• Archeologia e geologia subacquea: impiego per mappare strutture sommerse, relitti e formazioni geologiche con sonar ad alta risoluzione e scanner laser.
• Ispezione delle infrastrutture: fondamentale per la valutazione di condutture sottomarine, cavi, porti e piattaforme offshore.
• Difesa e sicurezza: impiegata nelle contromisure antimine, nell’identificazione di obiettivi, nella sorveglianza militare e nel rilevamento e nella rimozione di ordigni inesplosi (UXO).
• Ricerca e recupero: dotati di videocamere HD, sonar e manipolatori per localizzare e recuperare oggetti persi in mare.
• Esplorazione petrolifera e del gas: supporto alla mappatura dei fondali marini, al monitoraggio delle condutture e alla valutazione dell’impatto sull’habitat per le operazioni offshore.

Tecnologie fondamentali negli AUV




AUV Guardian di Cellula Robotics

L’efficacia degli AUV deriva dall’integrazione di sottosistemi avanzati che consentono un funzionamento indipendente e una raccolta dati affidabile. Le tecnologie chiave includono:

• Sistemi di navigazione: gli AUV si affidano a sistemi di navigazione inerziale (INS), log di velocità Doppler (DVL), GNSS (quando in superficie) e sistemi di posizionamento acustico come USBL e LBL per una navigazione subacquea precisa.
• Sensori e strumenti: i carichi utili comuni includono sonar (a scansione laterale, multibeam, ad apertura sintetica), magnetometri, altimetri, sensori di temperatura e pressione e sensori di torbidità. Fluorimetri, sensori di salinità e sensori CTD supportano la ricerca scientifica, mentre videocamere HD e scanner laser migliorano l’acquisizione dei dati visivi.
• Propulsione e mobilità: propulsori e sistemi di propulsione vettoriale consentono un controllo preciso e capacità di volo stazionario. Alcuni modelli utilizzano sistemi di zavorra variabile o motori di galleggiabilità per il controllo della profondità.
• Sistemi energetici: batterie agli ioni di litio ad alta densità, celle a combustibile e sistemi avanzati di gestione delle batterie alimentano missioni di lunga durata, spesso supportate da stazioni di ricarica o sistemi di attracco autonomi.

Elaborazione dati e gestione dati: computer di bordo, moduli di elaborazione edge e processori AI gestiscono il processo decisionale in tempo reale, l’evitamento degli ostacoli e la registrazione dei dati. Il software di pianificazione della missione viene utilizzato per predefinire gli obiettivi e adattarsi ai requisiti della missione.

• Sistemi di comunicazione: gli AUV comunicano tramite modem acustici sott’acqua e SATCOM o radiofari RF in superficie. I sistemi di telemetria consentono una trasmissione limitata dei dati in tempo reale durante le operazioni.

Considerazioni di progettazione per AUV specifici per missione
La progettazione degli AUV è influenzata dagli obiettivi della missione e dalle condizioni operative. I fattori includono dimensioni, peso, autonomia, configurazione dei sensori e modularità del carico utile. Ad esempio:

• Gli AUV leggeri per attività in acque poco profonde danno la priorità alla forma compatta e alla facilità di dispiegamento.
• Gli AUV a lungo raggio per missioni polari o in acque profonde privilegiano l’efficienza energetica, un isolamento robusto e Advanced Navigation in ambienti privi di GPS.
• La flessibilità del carico utile è fondamentale per le missioni di ricerca, in quanto consente l’integrazione di strumenti scientifici personalizzati o sistemi di campionamento.
• Il design robusto e la schiuma sintattica mantengono la galleggiabilità e resistono alla pressione delle profondità marine.

Capacità in evoluzione e tendenze future


• IA e autonomia: l’apprendimento automatico e i processori IA integrati migliorano il comportamento adattivo, consentendo agli AUV di rispondere in modo dinamico a nuovi dati o cambiamenti ambientali.
• Robotica di gruppo: flotte coordinate di AUV possono lavorare insieme per coprire aree più vaste o eseguire compiti simultanei, aumentando l’efficienza in applicazioni come la mappatura dei fondali marini o il rilevamento di mine.
• Comunicazione wireless sottomarina: i miglioramenti nelle comunicazioni acustiche e ottiche mirano a ridurre la dipendenza dal trasferimento di dati dalla superficie.
• Sistemi di alimentazione sostenibili: lo sviluppo di fonti energetiche alternative, come le stazioni di ricarica alimentate dall’energia solare o dalle onde, supporta missioni più lunghe e sostenibili.

Gli AUV nella scienza oceanografica e oltre

I veicoli subacquei autonomi trasformano la nostra capacità di studiare, gestire e interagire con l’ambiente marino. Con un’autonomia, una precisione e una versatilità senza pari, gli AUV continuano a plasmare il futuro della ricerca oceanografica, della gestione delle infrastrutture subacquee e della tutela dell’ambiente. Che siano impiegati nei ghiacci polari, nelle fosse oceaniche o negli ecosistemi costieri, gli AUV sono all’avanguardia nella scienza e nella tecnologia oceanica, offrendo conoscenze e capacità che un tempo erano irraggiungibili.