UTEP-Forscher stellen autonomes Vermessungsboot auf die Probe

Ein autonomes Boot, das von Forschern der University of Texas in El Paso hergestellt wurde, schwimmt im Ascarate Lake in El Paso, Texas. Bildnachweis: Die University of Texas in El Paso.

Ein autonomes Boot, das von Forschern der University of Texas in El Paso hergestellt wurde, schwimmt im Ascarate Lake in El Paso, Texas. Bildnachweis: Die University of Texas in El Paso.

Von links nach rechts: UTEP-Absolvent Fernando Sotelo, Doktorand Jayanga Thanuka Samarasinghe und Assistenzprofessorin Laura Alvarez tragen das Boot vom Ufer in den Ascarate-See. Bildnachweis: Die University of Texas in El Paso.

Von links nach rechts: UTEP-Doktorand Jayanga Thanuka Samarasinghe, Alumnus Fernando Sotelo und Assistenzprofessorin Laura Alvarez beobachten das Boot vom Ufer aus, während es das Unterwassergelände des Ascarate-Sees kartiert. Bildnachweis: Die University of Texas in El Paso.

UTEP-Absolvent Fernando Sotelo bereitet das autonome Boot für die Kartierung des Unterwassergeländes des Ascarate Lake vor. Bildnachweis: Die University of Texas in El Paso.

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Forscher der University of Texas in El Paso haben ein völlig autonomes Boot konstruiert, das bathymetrische Untersuchungen durchführen kann – Untersuchungen der Tiefe und des Geländes von Gewässern wie Ozeanen, Flüssen und Seen. Das Team hofft, dass das Roboterboot dazu beitragen kann, den Vermessungsprozess zu vereinfachen, für dessen Durchführung normalerweise eine Besatzung von Einzelpersonen erforderlich ist, und dass es bei Aufklärungsmissionen hilfreich sein kann.

Das Boot und seine Fähigkeiten werden in der Mai-Ausgabe der Zeitschrift Sensors beschrieben.

„Es gibt viele Gründe, warum Wissenschaftler bathymetrische Untersuchungen durchführen“, sagte Laura Alvarez, Ph.D. , Hauptautor der Studie. „Wenn Sie in wasserbezogenen Studien arbeiten möchten, müssen Sie die Form und Landschaft von Gewässern kennen. Beispielsweise möchten Sie möglicherweise einen Stausee kartieren, um mehr über die Wasserversorgung für den Strombedarf zu erfahren, oder einen Fluss, um mehr über die Flussentwicklung oder Fließmuster zu erfahren.“

Alvarez, Assistenzprofessor am Department of Earth, Environmental and Resource Sciences der UTEP , ist auf unbemannte Systeme für die Geowissenschaften spezialisiert. Sie begann vor einigen Jahren mit der Entwicklung des Bootes, brauchte jedoch Hilfe bei der Optimierung und Perfektionierung des Systems. Zu diesem Zeitpunkt rekrutierte sie den Masterstudenten für Naturwissenschaften und Elektrotechnik, Fernando Sotelo, Jahrgang 22.

Dr. Laura Alvarez. Bildnachweis: Die University of Texas in El Paso.

„Das erste Mal haben wir das Boot im Schwimmbad der UTEP getestet – nur um sicherzustellen, dass es schwimmen kann“, lachte Fernando Sotelo , Co-Autor der Studie und jetzt UTEP-Alumnus. Im Laufe eines Jahres verfeinerte Sotelo das Aluminium-Wasserfahrzeug, ein 3 Fuß mal 3 Fuß großes kreisförmiges Boot
ruht auf einem dicken schwarzen Schlauch und wurde in verschiedenen Umgebungen wie den Grindstone- und Elephant Butte-Seen in New Mexico getestet.

Zu seinen Zielen gehörte die Verlängerung der Betriebsstunden und der Zuverlässigkeit des Bootes; und es völlig autonom zu machen und auf potenzielle Umweltprobleme wie Windgeschwindigkeit und Temperaturfluss zu reagieren. Jetzt kann ein Failsafe erkennen, wenn die Batterien schwach sind oder die Windböen zu stark sind, und löst eine Return-to-Base-Funktion aus. Das ruderlose Wasserfahrzeug arbeitet mit vier Triebwerken und kann so eine Geschwindigkeit von bis zu 5 Fuß pro Sekunde erreichen
lässt sich leicht um 360 Grad drehen. Ein Solarpanel und eine Lithiumbatterie sorgen dafür, dass das Boot bis zu vier Stunden auf See hält und dabei eine Fläche von bis zu 40.000 Quadratmetern abdeckt.

Währenddessen sendet ein Multibeam-Echolot – ein Sonarsystem – Schallwellen vom Boden des Bootes aus. Die Wassertiefe kann anhand der Zeit berechnet werden, die die Schallwelle benötigt, um vom Wasser auf den Meeresboden zu treffen und zum Sonarsystem zurückzukehren. Der Ton selbst, der zum Gerät zurückkehrt, kann dabei helfen, die Art des Materials auf dem Meeresboden zu erkennen.

Um den Machbarkeitsnachweis zu erbringen, erstellte das Team erfolgreich 2D- und 3D-Karten von Teilen des Ascarate Lake in El Paso, Texas und des Grindstone Lake in Ruidoso, New Mexico. „Mein Ziel war es, das Boot auf den neuesten Stand der Technik zu bringen, und ich glaube, das ist mir gelungen. Natürlich gibt es immer Raum für Verbesserungen“, sagte Sotelo, der im Rahmen seiner Masterarbeit an dem Boot arbeitete. „Aber das System funktioniert und ich hoffe, dass es Wissenschaftlern wie Dr. Alvarez vorerst die Durchführung ihrer Forschung erleichtern kann.“

Alvarez wird das Boot diesen Sommer zum ersten Mal einsetzen, um die Strömung und Tiefe des Rio Grande zu untersuchen. Sie fügt hinzu, dass die Anweisungen zum Nachbau des Bootes online in ihrer neuesten Sensors- Publikation zu finden sind.

„Der Grund, warum wir das Papier geschrieben haben, war, dass es jeder selbst reproduzieren kann“, sagte Alvarez. „Es dient als effektiver Leitfaden für den Einstieg.“

Von links nach rechts: UTEP-Alumnus Fernando Sotelo, Assistenzprofessorin Laura
Alvarez und Doktorand Jayanga Thanuka Samarasinghe beobachten das autonome Boot am Ascarate-See.
befindet sich in El Paso, Texas. Bildnachweis: Die University of Texas in El Paso.