Autonoom zeilen over de Atlantische Oceaan

Zeilen met een boot over de Atlantische Oceaan is al uitdagend genoeg voor een menselijke zeiler. Maar hoe zit het met een computer? BBC Future bezoekt een zeilregatta voor robots.

Niemand heeft ooit een autonome boot over de Atlantische Oceaan gevaren. Weinigen hebben het zelfs maar geprobeerd, slechts een handvol teams heeft deelgenomen aan de transatlantische Microtransat Challenge sinds het begon in 2010. Ze hebben allemaal gefaald, want het bedrijf Offshore Sensing heeft 1,500 kilometer afgelegd – meer dan halverwege, voordat het rondjes begon te draaien.

Officieel is de winnaar van de Microtransat het snelste team dat de oversteek haalt; in werkelijkheid is de winnaar de eerste. Ze hebben regels opgesteld, zoals een maximale scheepslengte (2.4 m of 8ft) en een systeem voor het vermijden van obstakels/botsingen. Maar teams kunnen hun boot gewoon te water laten tussen juli en december, en het maakt niet eens uit in welke richting ze gaan: van Newfoundland naar Ierland, of vice versa.

Concurrenten zijn onder meer universiteitsclubs, maar ook autonome scheepsbedrijven zoals Offshore Sensing (een bedrijf dat door zeilen aangedreven autonome onderzoeksschepen maakt), en zelfs de US Naval Academy. Het hoofddoel is tenslotte gewoon finishen. Het plezier van competitie en de zoektocht op lange termijn om de Atlantische Oceaan over te steken zijn voor veel van de deelnemers bijproducten van zakelijke of onderzoeksprojecten.

Zeilboei heeft een klein voordeel. Het is een commercieel bedrijf dat soortgelijke boten verkoopt voor toepassingen in oceanografie en meteorologisch onderzoek. Het schip dat het op de Microtransat stuurde, had eerder zonder problemen enkele maanden autonoom gevaren op de ruwere Noordzee.

Van bovenaf lijkt de boot een beetje op een surfplank, met een zonnepaneel in het midden en een korte,
trapeziumvormig zeil aan de voorkant. Afgezien van het zeil, zit het laag in het water, snijdend door met een taps toelopende neus en staart. Ruwe zeeën slingeren het heen en weer, zelfs wassen over de top, zonder het te beschadigen, en het lijkt, bijna wonderbaarlijk, een vaste koers te houden.

Anderen hebben ook oog voor de uitdaging en nieuwe ideeën om deze op te lossen. Aan de Aland University of Applied Sciences bouwt een klein team van ingenieurs sinds 2013 gerobotiseerde zeilboten en neemt ze deel aan wedstrijden. Dit jaar kochten ze een 2.8 m (9.2 ft) star zeil van het type "vleugel", van een Zweedse vliegtuigfabrikant en monteerde het op hun 2.4 m (8ft) zeilboot, ASPire.

ASP staat voor Autonomous Sailing Platform, en het is wit als Sailbuoy, maar met een diepere, smallere romp en het hoge, rechthoekige vleugelzeil, geflankeerd door twee kleinere draagvlakken. Beide rigs zijn niet gebouwd om te concurreren in een race, maar om te fungeren als onderzoeksinstrumenten, met watersensoren om pH, temperatuur, geleidbaarheid en zoutgehalte te meten.

Ondanks de focus op onderzoek, de risico's van het gebruik van het nieuwe en onbewezen vleugelzeil en een niet-getest systeem, betrad Aland Sailing Robots zijn schip tijdens de World Robotic Sailing Championships, gehouden in Horten, Noorwegen in september, en won.

De World Robotic Sailing Championships is een spin-off van de Microtransat waarin teams van universiteiten of bedrijven in verwante gebieden gedurende vier dagen strijden in verschillende taken, waaronder een vlootrace, een gebiedsscanwedstrijd, het vermijden van botsingen en het bewaken van stations, waarbij de boot moet vijf minuten op zijn plaats blijven.

Race met gespreide start
Op een winderige eerste dag langs de Noorse inham in de Oslofjord, zag een race met gespreide start de ASPire gelanceerd worden kort na een boot uit Noorwegen. Terwijl de boten de binnenhaven van Horten binnenvoeren, een baai naast een scheepswerf met Zweden zichtbaar over het water, keek het team van Aland toe hoe hun boot langzaam inhaalde en vervolgens de leidende boot passeerde.

“Dat was goed om te zien”, zegt Anna Friebe, projectmanager bij Aland Sailing Robots. “Ik had niet echt gedacht dat we zouden kunnen concurreren. Maar het is uiteindelijk gelukt, net op tijd.”

Hoewel de kracht van het team ligt in software-engineering en situationele analyse, moeten ze nog steeds bedreven genoeg zijn in werktuigbouwkunde om de boot te laten opereren in de uitdagende zeeën. ASPire werd gebouwd op een romp met stabiliserende loden gewichten in de kiel die werd gebruikt in een paralympische zeilwedstrijd. Hiervoor heeft het team, naast het vleugelzeil, de onderzoekssensoren gemonteerd en een tuigage gebouwd om deze in het water te lieren.

De boten bij de World Robotic Sailing Championships variëren in grootte en vorm, van de futuristisch ogende ASPire tot een kleine, traditionele tweezeilige sloep die eruitziet als het soort op afstand bestuurbare zeilboot dat een kind op een vijver zou kunnen zeilen.

Op de tweede dag van de wedstrijd was de fjord gehuld in regen omdat de boten de wind, de hoek van hun zeilen en hun roeren gebruikten om precies in positie te zitten zonder te bewegen.

Zoals bij alle wedstrijden moest een van tevoren geprogrammeerde boordcomputer in staat zijn de windcondities te herkennen, de eigen locatie te begrijpen en het zeil en het roer te manipuleren om dit te compenseren. Ook dit won Aland, voor gastheer op de tweede plaats University College of Southeast Norway en US Naval Academy op de derde plaats.

Dag drie was het scannen van gebieden, waarbij boten 30 minuten hadden om een ​​zo groot mogelijk gebied te bestrijken.

De meesten gebruikten een traditionele overstagmanoeuvre om een ​​pad te volgen, lijn uitspelen om het zeil te openen of het op te halen om de hoek te veranderen. Het vleugelzeil van ASPire draaide in plaats daarvan rond een centrale mast, wat volgens Friebe de operaties vereenvoudigde.

Van bovenaf gezien ziet het pad van ASPire eruit als een grasmaaierraster, vergeleken met de stapels spaghetti van andere boten, en dus maakte Aland een volledige vlucht, aangezien het evenement om aanvaringen op dag vier te vermijden werd geannuleerd vanwege een gebrek aan voldoende wind.

Aland Sailing Robots is opgericht om deel te nemen aan de Microtransat, maar door financiële druk, het grootste deel van hun financiering komt van het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling en gaat naar het mariene onderzoeksplatform, hebben ze niet de middelen gehad om een ​​poging te doen om de oversteek te maken.

Het doel van Microtransat is volgens organisator Colin Sauze om bij te dragen aan oceaanmonitoringplatforms, maar ook om een ​​leermogelijkheid te bieden.

Zowel Aland als Offshore Sensing richten zich primair op wateronderzoek. Robots bieden verschillende grote voordelen ten opzichte van andere manieren om oceaangegevens te verzamelen, zegt Peddie. De andere opties, een drijfboei of een bemand vaartuig, zijn minder mobiel of duurder.

Een traditioneel onderzoeksschip kan $ 20,000 per dag kosten, wat volgens Peddie enkele maanden zou kunnen varen met een autonome zeilboot, inclusief de kosten van de boot. Bovendien kunnen kleine boten (de zeilboei is twee meter lang en weegt 200 pond) op plaatsen komen waar bemande boten niet kunnen komen, zoals het pad van een orkaan, of vulkanische of ijsbergvelden.

Veel van de andere teams, zowel in de Microtransat als de World Robotic Sailing Championships, worden gerund door de industrie of werken samen met de industrie.

Het team van de US Naval Academy gebruikt het als opleiding voor marinepersoneel (hun boot, Trawler Bait, is meer dan eens door vissers gevangen). De helft van het Chinese team is van de Universiteit van Shanghai en de andere helft is van een bedrijf. Het Noorse marine-onderzoeksinstituut stuurde een autonome boot om te helpen bij het evenement.

En veel van waar ze aan werken, kan zelfs buiten zeilschepen worden toegepast. De autonome scheepvaart is al in opkomst en de normen waaraan Microtransat-concurrenten moeten voldoen om aanvaringen te voorkomen, zijn dezelfde die zijn opgesteld door de Internationale Maritieme Organisatie, en het automatische identificatiesysteem dat het Aland-team gebruikte om koers en snelheid naar andere schepen door te geven en te ontvangen, is de dezelfde die commerciële schepen gebruiken.

"Voor ons, als bedrijf, was het eigenlijk niet zo'n big deal, de eigenlijke Microtransat", zegt Peddie. “Maar ik volg deze jongens al een aantal jaren en ik vind het een interessant concept. Het is ook iets dat een historische betekenis heeft, zoals Lindbergh die over ongeveer dezelfde afstand vloog die Amerika met Europa verbond.”

Toch is Peddie van plan om het volgend jaar opnieuw te proberen, zodra de zeilboei, die is opgepikt door een vissersvaartuig, is teruggebracht en gerepareerd (ze weten nog steeds niet precies wat ermee aan de hand is).

"We willen gewoon de eersten zijn die het doen en dit deel van de oceaan weten over te steken", zegt hij. "Volgend jaar verwacht ik dat we de volledige 3,000 mijl zullen halen."

Bron: BBC Future