ドローンを船から降ろすのは簡単です。それを取り戻すことは別の問題です。海上の検査、監視、捜索救助任務にドローンが使用されることが増えていますが、常に海とともに移動する船舶上でドローンを安全に回収することは依然として大きな技術的障害となっています。
英国の新興企業 WaiV Robotics は最近、その問題を解決するために設計された自律回収システムによってステルス状態から脱却し、甲板上に人がいなくてもドローンが移動中の船舶に安全に着陸できるようにしました。
WaiV Robotics の創設者兼 CEO である Johnny Carni 氏に、このシステムの背後にあるテクノロジーと、それが解き放つ可能性のある商業的チャンスについて話を聞きました。
海上への着陸がなぜそれほど難しいのか
商用ドローンは、静止した地面にゆっくりと穏やかに着陸するように設計されています。通常の飛行中、GPS は安定した基準点を提供するため、強風の中でもドローンは正確に位置を維持できます。自動着陸システムは通常、地面に配置された視覚的なマーカーまたは基準に依存します。ドローンはカメラでマーカーを識別し、追跡してタッチダウンまで徐々に降下します。
しかし、着水面は常に動いているため、このアプローチは海上では機能しません。船は波に合わせて縦横に揺れたり、横揺れしたり、横揺れしたりしながら、漂流しながら上下左右に動き、方向を変えます。
カルニ氏は、ドローンが降下するまでに着陸パッドはすでに移動していると説明した。
「プラットフォームの現在の位置を追跡し続けると、常に反応が遅すぎます。つまり、移動するターゲットに集中するのではなく、実質的に追いかけることになります。」
船舶に安全に着陸するために、ドローンは着陸プラットフォームがその瞬間の場所ではなく、どこにあるのかを予測する必要があります。そのためには、まったく異なる制御アプローチが必要になります。
カルニ氏によると、課題は着陸パッドを安定させることだけではありません。着陸シーケンス全体を解決しています。
「絶えず移動する目標にドローンを誘導し、着陸の衝撃を吸収し、機体を即座に固定する必要があります。これらは 3 つの別々のエンジニアリング上の問題であり、すべて連携して作業する必要があります。
過去 3 年間にわたり、私たちは各テクノロジーを開発してから、それを完全なシステムに統合してきました。そこから、私たちは研究と試作から、顧客に供給できる商用製品の製造に移行しました。」
海軍航空からWaiV Roboticsまで
WaiV Robotics は 2022 年に設立されましたが、アイデアはそれよりずっと早くに現れました。会社を設立する前は、シンガポールで 4 年間勤務し、沿岸警備隊や他の海運業者と緊密に連携していました。
「その間、私は同じ要望を何度も聞きました。ボートや船舶からドローンを確実に操作したいということです。」
彼は以前にもヘリコプターを船に飛ばしたことがあったので、これは共感を呼びました。
「移動中の船舶に着陸することは、パイロットにとって最も困難な作業の 1 つです。海は常に変化し、甲板はさまざまな方向に移動し、有人ヘリコプターが安全に着陸できる条件には厳しい制限があります。
従来のヘリコプターは、デッキロックシステムやその他の機器を使用して、その問題の一部を機械的に解決していますが、依然として運用上の限界があります。」
ドローンを実験していると、ドローンは空中では非常に能力が高いものの、船舶の甲板に着陸するようには設計されていないことがすぐに明らかになりました。それが Waiv Robotics の出発点でした。
チームは 2022 年の夏に研究を開始し、その後数年間をかけて技術の開発、プロトタイプの構築、システムの検証を行ってから、製品化しました。自律回収の背後にある技術 Waiv Robotics の自律回収システムは、3 つの統合技術を組み合わせており、これにより、ドローンが荒れた海域で人間の介入なしに海上プラットフォームに安全に着陸できるようになります。
1 つ目はジャイロ安定化された着陸プラットフォームで、船が縦横に揺れても着陸面を水平に保ちます。安定化プラットフォームはすでに海事分野で使用されていますが、それらは全体的な復旧システムの一部にすぎません。
2 つ目は、過酷な海洋環境向けに特別に設計された着陸パッドです。接地後にドローンが滑るのを防ぐグリップを提供し、移動中の船舶に着陸するときに発生する非常に大きな衝撃力も吸収します。ドローンはデッキ上で跳ねたり滑ったりするのではなく、衝撃エネルギーを分散させて航空機を安定させるクッション性のある表面に着陸します。
3 番目のコンポーネントは自動ロック機構です。ドローンの着陸スキッドがプラットフォームに接触するとすぐに機械的に固定され、船が縦横に揺れ続けても航空機が動くのを防ぎます。ドローンは、オペレーターがリモート解除コマンドを送信するまでロックされたままになり、次のミッションに向けてすぐに離陸できるようになります。
「目標は、甲板上に誰もいなくすることでした」とカルニ氏は語った。
「歴史的には、ドローンが船外に落ちるのを防ぐためにネットにドローンを着陸させるオペレーターもいたが、再び飛行する前に誰かが航空機を物理的に回収する必要があった。私たちのシステムはその要件を排除する。」
着陸システムの仕組み
ドローンがミッションから帰還すると、船舶の上空約10～15メートルの待機位置に入ります。 Waiv Robotics の回収システムは、LiDAR とレーダーの両方を使用して航空機を継続的に追跡するため、昼夜を問わず、また光学システムだけでは信頼性が低くなる視界の悪い場所でも動作することができます。ドローンが取得されると、着陸コンピューターはドローンのフライト コントローラーに直接接続されます。
「仮想パイロットになると考えることができます」とカルニ氏は説明した。
「人間がジョイスティックを動かす代わりに、当社のソフトウェアが制御入力を生成し、保持位置からタッチダウンまで最終アプローチを飛行します。」
同時に、システムは船舶のピッチ、ロール、加速度を継続的に測定します。着陸プラットフォームが数分後にどこにあるかを予測することで、その瞬間の甲板の位置ではなく、正確な迎撃ポイントにドローンを誘導します。 「その予測ガイダンスは、私たちが開発した重要なテクノロジーの 1 つです」とカルニ氏は述べています。
ドローンに依存しないテクノロジー
WaiV Robotics は、DJI を含む、最も広く使用されている商用プラットフォームのいくつかとの統合を完了しており、今後も他のメーカーのサポートを追加していく予定です。
Carni 氏は、WaiV Robotics では、航空機の重量が変化し、性能に影響があり、認証が複雑になるため、航空機に追加のハードウェアを設置していないと説明しました。
「また、ドローン自体にソフトウェアをインストールする必要もありません。
多くの航空会社、特に政府やセキュリティ組織は、当然のことながら、飛行ソフトウェアの変更や追加のサイバーリスクの導入に慎重です。代わりに、ドローンの既存の送信コントローラーと統合します。」
オフショアには商業チャンスが豊富にある
同社の当初の焦点は、商業エネルギー分野と遠隔資産の検査です。ドローンはこれらの検査には理想的なツールですが、海上で運航する船舶から確実に離陸し帰還できる場合に限ります。
エネルギーを超えて、漁船団は魚の位置を特定し、操業を支援するためにドローンを使用することが増えています。捜索救助組織は、緊急時、特に信頼性の高い復旧がさらに重要になる荒天時にドローンを使用して視界を広げることができます。
さらに、沿岸警備隊、港湾当局、国土安全保障機関、海軍などの政府ユーザーもいます。
オフショア事業者は、検査、監視、緊急対応のためにドローンへの依存を強めています。
海洋環境に配慮した設計
海は塩水、湿気、振動、継続的な動きによって機器に多大な負荷がかかるため、過酷なことで有名です。 WaiV Robotics は現在、顧客が動作する条件下でシステムを検証するために、塩水噴霧、湿度、振動テストを含む環境認定テストを完了しています。
「それはあらゆるエンジニアリング上の決定にも影響を与えます」とカルニ氏は説明しました。
「コネクタ、電子部品、機械部品はすべて、耐久性と防水性を備えている必要があります。これらの部品は標準的な工業用部品よりも大幅に高価ですが、システムがオフショアで確実に動作するためには不可欠です。」
当社では可能な限り、市販のコンポーネントを使用しています。たとえば、レーダー技術は自動車産業から来ており、LiDAR センサーはロボット工学で広く使用されています。これらのセンサーはすべてオンボード コンピューターに接続され、ドローンのリモート コントローラーとインターフェイスで接続されます。コントローラーに応じて、接続はケーブルまたはワイヤレスで行うことができます。
次のマイルストーンはバッテリー交換です。陸上のドローン ドッキング ステーションにはバッテリー交換システムがすでに存在しているため、テクノロジー自体は新しいものではありません。違いは、陸上では、これらのシステムが着陸後にバッテリーを交換する前にドローンを所定の位置に移動させることです。
完全自律運用に向けて
着陸自体は完全に自律的です。残っている唯一の手動手順は、次のミッションの前にバッテリーを交換または再充電することです。
次の段階は、自動バッテリー交換と安全なロック システムを統合することです。
バッテリー交換が自動化されると、離陸と着陸から次のミッションに向けた航空機の準備までの運用サイクル全体を人間の介入なしで完了できます。
「これは、誰も乗船していない可能性がある無人水上艦にとって特に重要になります」とカルニ氏は説明した。顧客向けのデモンストレーションは今夏に始まり、その後すぐに商用展開が予定されています。
WaiV Robotics は、まずアジアに拡大する前に、海洋エネルギーと海事産業が当面の需要を示すヨーロッパと米国をターゲットにしています。同社が成功すれば、自律復旧によって、海上でのドローンの日常的かつ継続的な運用を妨げる最後の大きな障害の1つが取り除かれる可能性がある。