自主水下航行器已成为探索海洋的多功能工具。但它们可能会对环境造成干扰，或在狭窄空间中行驶困难。普渡大学的研究人员正在研究一种替代方案：高度机动、低成本的水下滑翔机，它们可以安静地运行。
普渡大学的研究人员正在研究一种替代方案：高度机动、低成本的水下滑翔机，它们可以安静地运行。滑翔机的组件和传感器也可以根据广泛的使命规格轻松更换或添加。
“我们的目标是让移动机器人在具有挑战性的环境中持久运行，”机械工程副教授Nina Mahmoudian说。“大多数水下机器人电池寿命有限，必须在几小时后返回。对于长时间运行，水下滑翔机可以在充电之间行驶数周或数月，但可以在高风险区域增加部署机会。”
水下滑翔机与其他海洋机器人不同，因为它没有螺旋桨或主动推进系统。它通过改变自身的浮力来下沉和上升，并推动自己前进。尽管这种上下方法使车辆非常节能，但它带来了几个问题：车辆昂贵、速度慢且不灵活，特别是在浅水中。
Mahmoudian开发了一种名为ROUGHIE（面向工程研究的手持水下滑翔机）的敏捷车辆。ROUGHIE形状像鱼雷，长约四英尺，除了静态后翼外，没有外部推进或控制面。关于这项研究的视频可在YouTube上观看。
当从海岸或船上部署时，ROUGHIE将水泵入其压载水箱以改变其浮力并提供初始滑行路径角度。为了控制其俯仰，车辆的电池微妙地向前和向后移动其重量，充当其自己的控制机制。为了转向，整个内部组件套件安装在旋转的轨道上，精确控制车辆的滚动。设计是模块化和适应各种应用的。
“这是一种完全独特的方法，”Mahmoudian说。“大多数水下滑翔机只能在深海中操作，并不灵活用于狭窄空间。ROUGHIE的转弯半径只有约10英尺，而其他滑翔机的转弯半径约为33英尺。”
ROUGHIE非常灵活，Mahmoudian的团队一直在普渡大学的Morgan J. Burke水上中心进行测试。通过在水下安装红外摄像头的运动捕捉系统，他们可以跟踪车辆的移动，并以毫米精度描述其在三维空间中的机动行为。
“我们预先为ROUGHIE编程飞行模式，它会自主执行这些模式，”Mahmoudian说。“它可以进行标准的锯齿形上下移动以直线行驶，但它也可以在圆形或S形模式中行驶，这在海上巡逻时会使用。它能够在游泳池的狭窄环境中仅使用内部驱动执行这些任务，这非常令人印象深刻。”
这种机动性意味着ROUGHIE能够跟随复杂的路径，并探索其他水下滑翔机无法到达的现实区域。
“它可以在浅海和沿海地区操作，这对生物学或气候研究非常重要，”Mahmoudian说。“而且因为它完全安静，所以不会像机动车辆那样打扰野生动物或扰乱水流。”
ROUGHIE可以配备各种传感器，收集温度、压力和电导率数据，这对海洋学家至关重要。Mahmoudian的团队已将ROUGHIE送入小型池塘和湖泊，配备荧光计以测量藻类开花。该团队还为车辆配备了紧凑型磁力计，能够检测到船只残骸和海底军火等异常情况。这项研究最近发表在《传感器》杂志上。
Mahmoudian和她的学生自2012年以来一直在开发ROUGHIE，当时她在密歇根理工大学开始了这个项目。
“我的学生从头开始设计和建造了它，并同时开发了控制和导航算法，”Mahmoudian说。“对于当前商业车辆的价格，我们可以在水中放置10辆，监测数月的条件。我们相信这辆车对任何当地社区都有很大的价值。”