Veículos submarinos autónomos (AUV)

Os AUVs operam sem controlo humano em tempo real, contando com computadores de bordo, sistemas de navegação e software de planeamento de missões para realizar tarefas complexas de forma independente. A sua capacidade de recolher dados científicos detalhados e inspecionar ambientes subaquáticos desafiadores torna-os indispensáveis em muitos campos. Seja para mapear o fundo do mar, apoiar inspeções de oleodutos ou realizar pesquisas sobre habitats marinhos, os AUVs oferecem versatilidade e desempenho incomparáveis.

O que é um AUV e como difere de um ROV?

Um veículo subaquático autónomo (AUV) é um veículo subaquático não tripulado (UUV) que se desloca na água sem a intervenção de um operador. Ao contrário dos veículos operados remotamente (ROVs), que estão ligados a uma embarcação de superfície e são controlados em tempo real por um piloto humano, os AUVs são pré-programados para navegar, recolher dados e regressar de forma autónoma. Isto torna os AUVs ideais para missões prolongadas em ambientes profundos ou perigosos, onde a operação com ligação é impraticável ou impossível.

Os ROVs oferecem a vantagem da supervisão humana imediata, o que pode ser fundamental para intervenções complexas ou delicadas, como manipulação de equipamentos ou reparos subaquáticos. Em contrapartida, os AUVs se destacam em tarefas de longa duração, como levantamentos hidrográficos, mapeamento do fundo do mar e avaliações ambientais, onde sua autonomia aumenta a eficiência e reduz os custos operacionais.

Hydrus Micro Hovering AUV da Advanced Navigation

Tipos de veículos subaquáticos autónomos

Os AUVs vêm em vários formatos e tamanhos, adaptados para missões e ambientes específicos. As categorias comuns incluem:

• AUV portátil: Leves e compactos, são projetados para fácil implantação e recuperação por pequenas equipes, frequentemente usados em pesquisas costeiras ou operações de busca e recuperação.
• AUV de grande deslocamento: equipados para missões em águas profundas e de longo alcance, estes veículos apresentam maior resistência e capacidade de carga útil, adequados para pesquisas oceanográficas e inspeções de energia offshore.
• AUV pairante: combinam elementos da manobrabilidade do ROV com a autonomia do AUV, sendo ideais para tarefas que exigem inspeção de proximidade, como levantamentos de barragens ou cascos.
• Sistemas híbridos AUV/ROV: Estes sistemas podem operar tanto de forma autónoma como sob controlo remoto, oferecendo flexibilidade para missões complexas ou dinâmicas.
• Planadores subaquáticos: Os planadores operam sem hélices, utilizando em vez disso alterações na flutuabilidade e asas hidrodinâmicas para planar pelo oceano.

Aplicações dos AUVs

Os AUVs são indispensáveis em uma variedade de operações marítimas:

• Biologia marinha e mapeamento de habitats: Utilizados para observar ecossistemas, rastrear espécies e recolher amostras de água e sedimentos com o mínimo de perturbação.
• Oceanografia e investigação climática: utilizados para medir a salinidade, a temperatura, a turbidez e os níveis de oxigénio dissolvido, contribuindo para a monitorização ambiental a longo prazo.
• Avaliação ambiental e resposta a desastres: empregada na análise de derramamentos de óleo, monitoramento da erosão costeira e avaliações do leito marinho após tsunamis.
• Arqueologia e geologia subaquáticas: Utilizado para mapear estruturas submersas, naufrágios e formações geológicas com sonares de alta resolução e scanners a laser.
• Inspeção de infraestruturas: Crucial para avaliar tubagens subaquáticas, cabos, portos e plataformas offshore.
• Defesa e segurança: utilizada em contramedidas contra minas, identificação de alvos, vigilância militar e deteção e remoção de UXO (munições não detonadas).
• Busca e recuperação: Equipado com câmaras de vídeo HD, sonar e manipuladores para localizar e recuperar objetos perdidos no mar.
• Exploração de petróleo e gás: Apoio ao mapeamento do fundo do mar, monitorização de oleodutos e avaliações de impacto no habitat para operações offshore.

Tecnologias essenciais em AUVs

AUV Guardian da Cellula Robotics

A eficácia dos AUVs decorre da integração de subsistemas avançados que permitem uma operação independente e uma recolha de dados robusta. As principais tecnologias incluem:

• Sistemas de navegação: os AUVs dependem de sistemas de navegação inercial (INS), registos de velocidade Doppler (DVL), GNSS (quando à superfície) e sistemas de posicionamento acústico como USBL e LBL para uma navegação subaquática precisa.
• Sensores e instrumentos: As cargas úteis comuns incluem sonar (varredura lateral, multifeixe, abertura sintética), magnetómetros, altímetros, sensores de temperatura e pressão e sensores de turbidez. Fluorômetros, sensores de salinidade e sensores CTD apoiam a investigação científica, enquanto câmaras de vídeo HD e scanners a laser aprimoram a captura de dados visuais.
• Propulsão e mobilidade: propulsores e sistemas de propulsão vetorial permitem um controlo preciso e capacidades de pairar. Alguns modelos utilizam sistemas de lastro variável ou motores de flutuabilidade para controlo de profundidade.
• Sistemas de energia: Baterias de íon-lítio de alta densidade, células de combustível e sistemas avançados de gerenciamento de bateria alimentam missões de longa duração, muitas vezes apoiadas por estações de recarga ou sistemas de acoplamento autônomos.

Computação e gestão de dados: computadores de bordo, módulos de processamento de ponta e processadores de IA lidam com a tomada de decisões em tempo real, prevenção de obstáculos e registo de dados. O software de planeamento de missões é utilizado para predefinir objetivos e adaptar-se aos requisitos da missão.

• Sistemas de comunicação: Os AUVs comunicam através de modems acústicos subaquáticos e SATCOM ou balizas RF na superfície. Os sistemas de telemetria permitem a transmissão limitada de dados em tempo real durante as operações.

Considerações de projeto para AUVs específicos para missões
O design dos AUV é influenciado pelos objetivos da missão e pelas condições operacionais. Os fatores incluem tamanho, peso, resistência, configuração dos sensores e modularidade da carga útil. Por exemplo:

• Os AUVs leves para tarefas em águas rasas priorizam a forma compacta e a facilidade de implantação.
• Os AUVs de longo alcance para missões polares ou em águas profundas enfatizam a eficiência energética, o isolamento robusto e a Advanced Navigation em ambientes sem GPS.
• A flexibilidade da carga útil é crucial para missões de investigação, permitindo a integração de instrumentos científicos personalizados ou sistemas de amostragem.
• O design robusto e a espuma sintática mantêm a flutuabilidade e resistem à pressão do mar profundo.

Capacidades em evolução e tendências futuras

SEAEXPLORER 1000 AUV da ALSEAMAR

Os avanços tecnológicos continuam a expandir o papel dos AUVs na ciência e na indústria marinha:

• IA e autonomia: A aprendizagem automática e os processadores de IA a bordo melhoram o comportamento adaptativo, permitindo que os AUV respondam dinamicamente a novos dados ou mudanças ambientais.
• Robótica em enxame: frotas coordenadas de AUVs podem trabalhar em conjunto para cobrir áreas maiores ou realizar tarefas simultâneas, aumentando a eficiência em aplicações como mapeamento do fundo do mar ou deteção de minas.
• Comunicação sem fios submarina: melhorias nas comunicações acústicas e óticas visam reduzir a dependência da transferência de dados à superfície.
• Sistemas de energia sustentáveis: O desenvolvimento de fontes de energia alternativas, como estações de recarga movidas a energia solar ou das ondas, permite missões mais longas e sustentáveis.

AUVs na ciência oceânica e além

Os veículos subaquáticos autónomos transformam a nossa capacidade de estudar, gerir e interagir com o ambiente marinho. Com autonomia, precisão e versatilidade incomparáveis, os AUV continuam a moldar o futuro da investigação oceanográfica, da gestão de infraestruturas subaquáticas e da gestão ambiental. Sejam utilizados no gelo polar, em fossas profundas ou em ecossistemas costeiros, os AUV estão na vanguarda da ciência e tecnologia oceânicas, oferecendo insights e capacidades que antes estavam fora do alcance.