Advancing Accessible Underwater Robotics: The Mini-Girona I-AUV at RAMI 2025

De oceaan blijft een van de laatste grote grenzen voor menselijke exploratie, maar het sturen van machines naar die plek is berucht moeilijk en duur. Decennialang waren de robots die in staat zijn complexe taken onder water uit te voeren—zoals het repareren van gebroken leidingen of het inspecteren van delicate structuren—ofwel eenvoudige op afstand bestuurbare apparaten die een mens vereisen om ze constant te besturen, ofwel enorme, autonome machines die honderdduizenden dollars kosten en onbereikbaar zijn voor de meeste universiteiten en onderzoekers. Deze financiële barrière heeft geavanceerde onderwaterrobotica in handen gehouden van een enkel aantal rijke instellingen, wat het tempo van ontdekking en innovatie heeft vertraagd. Het vakgebied zoekt nu naar een middenweg: een machine die betaalbaar genoeg is voor wijdverspreid gebruik, maar slim genoeg om zelfstandig te opereren, navigerend door de troebele diepten zonder een menselijke hand aan een joystick.

Een team van onderzoekers heeft een belangrijke stap richting dit doel gezet met de creatie van de Mini-Girona, een autonoom onderwatervoertuig dat zowel toegankelijk als capabel is ontworpen. In tegen tegenstelling tot de traditionele, torpedo-vormige robots die gebouwd zijn voor snelheid en lange afstanden, geeft deze nieuwe machine prioriteit aan wendbaarheid en het vermogen om op één plek te zweven, waardoor het delicate werk dicht bij onderwaterstructuren kan uitvoeren. Het team bouwde de robot met een focus op het laag houden van de kosten, met als doel een prijs van ongeveer $50.000, een fractie van de kosten van vergelijkbare onderzoeksvaartuigen. Om dit te bereiken, integreerden ze geavanceerde componenten zoals een robotarm om objecten te grijpen, stereocamera's die werken als menselijke ogen om in drie dimensies te zien, en krachtige computers die in staat zijn om kunstmatige intelligentie te draaien om de robot te helpen bij het maken van eigen beslissingen. Het doel was niet alleen om een goedkopere robot te bous, maar om een instrument te creëren dat de kloof kon overbruggen tussen basis afstandsbesturing en evenredig dure onderzoeksplatforms, waardoor de deur wordt geopend voor meer studenten en wetenschappers om te experimenteren met onderwaterautomatisering.

De echte test voor dit ontwerp kwam toen het team de Mini-Gronia deelnam aan de RAMI 2025 competitie, een evenement met hoge inzet dat werd gehouden in de haven van La Spezia, Italië. De competitie simuleerde een real-world noodsituatie waarbij kritieke onderwaterinfrastructuur beschadigd was geraakt, en teams de opdracht kregen om robots in te zetten om de situatie te beoordelen, een gebroken pijp te lokaliseren en een reparatie uit te voeren. De uitdagingen waren zwaar: het water was troebel met een zichtbaarheid variërend van slechts één tot drie meter, en de robots moesten een gebied van 50 bij 25 meter navigeren zonder menselijke tussenkomst. De taken vereisten dat de robots gekleurde boeien vonden, een pijpleiding volgden, schade-indicatoren identificeerden en fysiek een klep draaiden om een lek te stoppen. Het was een veeleisende omgeving die ontworpen was om de grenzen van wat autonome machines in de echte wereld kunnen doen, te testen, ver weg van de veiligheid van een laboratorium.

De Mini-Girona kreeg vanaf het begin te maken met aanzienlijke hindernissen. Op de eerste dag van de competitie zorgden hoge temperaturen ervoor dat de interne elektronica van de robot oververhit raakte, wat de mogelijkheid verstoorde om autonoom te communiceren en te navigeren gedurende de eerste twee dagen. Bovendien betekenden strikte beveiligingsregels op de locatie dat slechts drie van de acht teamleden de competitiezone mochten betreden, waardoor een kleine groep complexe operaties moest beheren onder immense druk. Ondanks deze tegenslagen bleek het onderliggende ontwerp van de robot veerkrachtig. Het team slaagde erin de robot goed genoeg te laten functioneren om de tweede plaats algemeen in de competitie te bemachtigen. Ze blonken specifal uit in taken die visie en fysieke interactie vereisten, en behaalden topscores voor hun prestaties bij de inspectie van de locatie en het uitvoeren van de interventie.

Het succes van de robot rustte zwaar op hoe het de onderwaterwereld "zag" en begreep. In plaats van te vertrouwen op een enkele camera, gebruikte de Mini-Girona twee naast elkaar gemonteerde camera's om een driedimensionaal beeld van de omgeving te creëren, vergelijkbaar met het menselijke binoculaire zicht. Dit systeem stelde de robot in staat om een gedetailleerde kaart van de zeebodem te maken, waarbij objecten zoals pijpen, kleppen en boeien werden geïdentificeerd, zelfs bij slecht zicht. De software van de robot gebruikte kunstmatige intelligentie om deze objecten te herkennen en hun afstand te berekenen, wat het voertuig hielp om veilig rond obstakels te bewegen. Toen het tijd was om de reparatie uit te voeren, gebruikte de robot een vijf-gewrichtige robotarm om uit te reiken en een klep te draaien. Hoewel de laatste draai met enige menselijke hulp werd voltooid vanwege de eerdere technische problemen, slaagde de robot erin een grijpstok te grijpen en naar de oppervlakte te komen, waarmee werd aangetoond dat de machine fysiek met precisie met zijn omgeving kan interageren.

De resultaten van de competitie benadrukten zowel de potentie als de huidige limieten van betaalbare onderwaterrobotica. De Mini-Girona bewees dat een goedkoop platform kan concurreren met veel duurdere machines in complexe, real-world scenario's, waarbij een hoog niveau van autonomie werd bereikt in navigatie en objectdetectie. De prestaties van het team in de visie-gebaseerde taken waren bijzonder sterk, wat aantoonde dat geavanceerde computer vision effectief kan werken, zelfs in de uitdagende omstandigheden van de open zee. De ervaring onthulde echter ook gebieden voor verbetering. De oververhittingsproblemen en de moeilijkheden waar het kleine team mee te maken kreeg, onderstrepen de noodzaak voor beter thermisch beheer en robuustere noodplanning voor toekomstige missies.

Kijkend naar de toekomst, plannen de onderzoekers om de capaciteiten van de robot te verfijnen om deze nog betrouwbaarder te maken. Toekomstig werk zal zich richten op het verbeteren van het vermogen van de robot om 3D-beelden van de onderwateromgeving te reconstrueren met behulp van deep learning, wat zou kunnen leiden tot volledig autonome interventietaken zonder enige menselijke hulp. Het team is ook van plan om verschillende combinaties van sensoren te testen, zoals het koppelen van een enkele camera aan een sonarsysteem, om nog geavanceerdere manieren te ontwikkelen om gegevens te fuseren. Door te blijven duwen aan de grenzen van wat mogelijk is met betaalbare technologie, helpt het Mini-Girona project de onderwaterrobotica te democratiseren, waardoor de instrumenten die nodig zijn om onze oceanen te verkennen en te beschermen beschikbaar komen voor een veel bredere gemeenschap van wetenschappers en technici.