O Futuro: Higiene Robusta Autônoma

Interface de usuário autônomo do robô da preparação da casca. Foto cedida por Greensea Systems

Dois anos de aliciamento. Painéis revestidos de 6 pol. X 12 pol. Preparados semanalmente (em cima) em comparação com painéis deixados sem alisamento (embaixo). Foto cedida por Greensea Systems

Robot da preparação em uma embarcação pequena no lado do cais como imaged por um outro veículo grooming.Photo Cortesia Greensea Systems

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A bioincrustação no casco do navio tem impactos significativos na prontidão da frota, no desempenho do navio, no custo e no meio ambiente. A incrustação biológica resulta em aumento do arrasto hidrodinâmico que resulta em maior uso de combustível e maiores emissões por distância percorrida do que um casco hidraulicamente liso. Um estudo de Schultz, et al. descobriram que a classificação típica de incrustação (FR) de um navio da classe US DDG-51 da Marinha, o FR-30, aumenta o consumo de combustível em 10,3% em relação a um DDG-51 hidraulicamente suave. Os resultados mostraram que a redução desse índice de incrustação para FR-20 levaria a uma economia de US $ 340K por navio e mais do que o dobro quando o casco era mantido em uma classificação de FR-10, economizando US $ 800K por ano para a Marinha dos EUA. E enquanto tais estudos sobre navios comerciais são quase inexistentes, impactos econômicos similares de incrustação são certos. Um relatório recente citou que o EMMA MAERSK, um navio porta-contêineres de 397 metros, estimou gastos de aproximadamente US $ 20 mil por dia em combustível propulsor perdido por bioincrustação.

O impacto econômico da incrustação também se deve às dispendiosas atividades de limpeza e contenção convencionais. Um estudo em 2016 encomendado pela Guarda Costeira dos EUA determinou que o custo para remover a incrustação biológica leve do casco de um navio fosse de US $ 0,33 por ft2 (aproximadamente US $ 3,55 por m2). Com base nessa estimativa, a remoção completa da biofouling de um DDG-51 custaria mais de US $ 10 mil, enquanto o custo para remover a incrustação biológica de um navio porta-contêiner da classe Panamax custaria mais de US $ 98 mil. Essas estimativas são para os métodos tradicionais de limpeza, que degradam os revestimentos ablativos usados para anti-incrustantes, levando ao dry-docking para o recobrimento uma vez a cada poucos anos. O dique seco de um grande navio pode custar entre US $ 1 milhão e US $ 2 milhões.

A incrustação também tem impactos ambientais significativos, desde as emissões de gases de efeito estufa associadas ao aumento dos custos de combustível propulsor, até as toxinas liberadas pela limpeza na água. Muitos países estão exigindo a contenção da limpeza na água ou proibindo a prática enquanto estiverem no porto. Os processos tradicionais e intensos de limpeza utilizados para limpar cascos sujos são dispendiosos, ineficientes para as operações, danificam o revestimento do casco e são ambientalmente inaceitáveis. Uma alternativa ao intenso processo de limpeza reacionário é a interrupção regular e completa do crescimento no revestimento do casco do barco por escovação suave com pequenas escovas de cerdas macias. Esse processo, chamado de limpeza do casco, é semelhante a escovar os dentes todos os dias para evitar uma visita mensal ao dentista e um canal radicular anual. A pesquisa liderada pelo Dr. Geoffrey Swain, do Centro de Controle de Corrosão e Biofouling (FIT CCBC) do Instituto de Tecnologia da Flórida foi pioneiro na metodologia e na prática da preparação do casco, demonstrando ser uma prática econômica para controlar a incrustação biológica, liberando muito menos toxinas. na água do que limpar. Como o preparo do casco apenas escava levemente o casco do navio e não remove o revestimento, a contenção não é necessária e a vida útil do revestimento original é estendida, prolongando o período entre o custoso encaixe a seco. Além disso, o preparo do casco é feito com escovas leves, fazendo contato muito delicado com o casco do navio. Isso permite escovas portáteis que podem ser facilmente operadas por mergulhadores ou até mesmo ferramentas de escova que podem ser operadas por pequenos robôs de rastejamento. A falta de necessidade de equipamentos pesados para lançar e recuperar uma ferramenta de limpeza aumenta ainda mais o custo-benefício.

Higiene no trabalho. Foto cedida por Greensea Systems

Para ser eficaz, porém, a limpeza do casco deve ser feita regularmente uma vez por semana ou mais e deve ser completa, não deixando vazios ou omissões. (Continuando com a analogia anterior de escovar os dentes, imagine escovar todos os dentes, exceto alguns - uma visita ao dentista ainda está no seu futuro.) Os requisitos de regularidade e perfeição para o preparo do casco apresentam desafios para a viabilidade. Por exemplo, um navio da classe DDG-51 compreende aproximadamente 22% da frota da Marinha dos EUA em número e aproximadamente 22% da área da casca molhada. Preparar a área úmida total dessa frota da Marinha dos EUA uma vez por semana é logisticamente e financeiramente proibitivo sem um meio robótico de fazê-lo. Mesmo com uma solução robótica, o tempo de preparação pode ser de mais de 15 horas por navio, se usar um único robô pequeno, garantindo 50% de sobreposição dos caminhos de limpeza.

Vários esforços ao longo da última década contribuíram para o avanço de uma capacidade de preparação robótica. Esses esforços produziram ferramentas comprovadas, métodos de preparação, plataformas robóticas, processos de garantia de qualidade e métodos de fixação não magnéticos para permitir que os robôs rastejam ao longo de um casco de navio. Por que, depois de quase uma década de pesquisa e nada menos que 15 “robôs de limpeza de casco” disponíveis comercialmente, ainda não temos uma solução que esteja realmente pronta para ser adotada pela comunidade de armadores? A razão é tão antiga quanto a robótica. Até que o robô possa fazer o trabalho conforme o esperado com o mínimo de intervenção do operador e até que a relação humano-robô seja ideal, um robô não é aplicável ao trabalho.
Um robô capaz de realizar uma tarefa depende de três considerações principais: navegação, controle e comunicação. Navegação: O robô pode saber exatamente onde está no ambiente e como chegar onde é necessário? Controle: O robô pode manobrar e operar com precisão para a tarefa? Comunicação: Podemos comunicar significativamente nossos comandos ao robô e interpretar o status do robô? A falha em fornecer completamente qualquer uma dessas considerações impede uma solução robótica ideal. Isto, nós sentimos, é o motivo pelo qual uma solução robótica para o preparo do casco ainda não foi entregue.

A Greensea Systems, Inc., uma empresa de software especializada em soluções avançadas de navegação, controle e autonomia para robótica marinha, fez uma parceria com a equipe de preparação de cascos do FIT CCBC em 2017 para explorar uma solução robótica ideal para o preparo do casco. Com financiamento do Escritório de Pesquisa Naval da Marinha dos EUA, a equipe Greensea e CCBC FIT montou um protótipo de sistema robótico em 2018 que pode preparar autonomamente o casco de um navio com muito pouca intervenção do operador, proporcionando uma precisão de menos de 0,15 m no posicionamento do casco. RMS. Este sistema protótipo utilizou um sistema de ROV comercialmente disponível equipado com um sistema de orientação e controle desenvolvido pela Greensea e uma ferramenta de escova de limpeza desenvolvida pela FIT CCBC.
Acompanhando a solução de navegação, a Greensea utilizou seus avançados módulos de software de planejamento e autonomia de missão usados para Veículos Operados Remotamente (ROVs). Esses módulos de software do OPENSEA fornecem as ferramentas e os recursos para especificar uma região para preparar, planejar a cobertura de limpeza e executar uma operação de preparação autônoma. O operador pode supervisionar como Especialista no Assunto (SME) ou deixar o veículo sozinho para conduzir a operação sem ajuda. O papel da autonomia no processo de preparação robótica é fundamental para a viabilidade deste processo, devido ao tempo necessário para garantir uma cobertura de 100% no casco do navio.

Para fornecer os recursos de navegação e autonomia para o robô de preparação de cascos, a Greensea aproveitou o OPENSEA, sua plataforma de software de arquitetura aberta. O robô autônomo para o preparo do casco utiliza um sistema de navegação inercial e um sonar multifeixe para fornecer reconhecimento da posição do robô no casco do navio. Todo o sistema de preparação do casco é implementado em um skid de trator independente de veículo, incluindo os sistemas de navegação e controle, autonomia, sonar e ferramenta de limpeza. O skid grooming pode se adaptar facilmente à maioria dos ROVs comerciais. A Greensea está comercializando o sistema em 2019 em um VideoRay MSS ROV.

Uma interface gráfica de usuário intuitiva desenvolvida a partir do software Greensea para equipes de eliminação de engenhos explosivos (EOD) fornece a comunicação com o robô necessária para que um técnico planeje, execute e documente o processo de preparação do casco. O Hull Grooming Workspace oferece uma visão para planejar a operação de limpeza por região, sobreposição de sonar para evitar obstáculos e vídeo para um completo conhecimento da situação. Indicadores gráficos na tela registram o progresso do veículo no casco e mostram a faixa de preparação. O Workspace também permite que os técnicos salvem e relembrem planos de limpeza, registrem obstáculos e obstruções e registrem todos os dados para arquivamento e reprodução.
A solução de navegação relativa do casco preciso da Greensea está habilitando robôs autônomos para aplicações de casco e tornou a preparação do casco uma alternativa viável para a limpeza de água que é econômica e ambientalmente responsável. A Greensea está comercializando o robô autônomo de preparação de cascos, bem como a tecnologia de navegação e higiene, em 2019.

Nota de rodapé: O Greensea e o FIT CCBC gostariam de agradecer ao Office of Naval Research e ao DARPA pelo apoio ao desenvolvimento do robô autônomo para carroceria, bem como à tecnologia de navegação e localização baseada em recursos usada pelo sistema de navegação.

O autor
Ben Kinnaman é o fundador e CEO da Greensea Systems, Inc. Ele passou sua carreira na indústria naval e criou a plataforma de software de arquitetura aberta OPENSEA que a Greensea usa para promover a robótica marinha. [email protected]

Ben Kinnaman é o fundador e CEO da Greensea Systems, Inc.