Algoritmo per evitare gli ostacoli nella navigazione di un robot marino

Il sistema sviluppato per il progetto HydroNet, è un progetto europeo appartenente al Seventh Framework Programme e identificato con il numero 212790, ed è costituito da:

- robot mobili, autonomi e aventi un'interfaccia di comunicazione;

- boe fisse in grado di inviare e ricevere delle informazioni dall'esterno;

- una piattaforma hardware/software, denominata Ambient Intelligence, per la gestione di tutte le operazioni del sistema;

- un'infrastruttura wireless per instaurare connessioni tra le varie componenti del sistema;

- una postazione di controllo per monitorare il sistema ed effettuare delle operazioni sullo stesso;

- una stazione per la ricarica e la manutenzione del robot.

Dal punto di vista hardware, la piattaforma Ambient Intelligence comprende i robot, le boe, i sensori e un server remoto. Dal punto di vista software, la piattaforma Ambient Intelligence comprende, oltre all'esecuzione dei compiti adatti ai robot e agli strumenti di monitoraggio dell'ambiente, sistemi di comunicazione, database e processi automatici di scoperta della conoscenza (Knowledge Discovery in Databases, KDD) sia per estrarre sia per migliorare la conoscenza sulla gestione degli ambienti acquatici. I robot e le boe interagiscono con l'Ambient Intelligence per mezzo della rete wireless alla quale sono connessi; tramite questa connessione entrambe le tipologie di dispositivi possono dialogare con un server remoto che si occupa della gestione ed analisi dei dati. Le boe, fungendo da nodi della rete wireless, facilitano le operazioni di localizzazione dei robot e di monitoraggio sia delle condizioni ambientali sia dello stato dei sensori.

I robot realizzati fanno parte della classe dei robot ASV (Autonomous Surface Vehicle) e non della classe dei robot AUV (Autonomous Underwater Vehicle), in quanto la maggior parte dei compiti adatti ai robot si svolgono in superfice, come navigazione, localizzazione e comunicazione dei dati, mentre il campionamento dell'acqua è l'unica attività effettuata sott'acqua, pertanto la scelta di un robot galleggiante rispetto ad uno sottomarino è risultata più idonea. Inoltre, la realizzazione di un robot sottomarino avrebbe introdotto un problema legato al fatto che il robot sarebbe potuto rimanere intrappolato nelle reti da pesca, mentre un altro punto a favore di un robot di superficie è costituito dalla possibilità di sfruttare energie pulite come sole e vento. Il tipo di imbarcazione adottata per i robot è un catamarano, ossia un'imbarcazione multiscafo, in quanto consente al robot stesso di mantenere una posizione stabile durante le operazioni di campionamento.

I robot possono effettuare i seguenti compiti, operando in squadre cooperanti volte all'analisi di una superficie acquatica prestabilita:

- monitoraggio: le squadre si muovono, senza seguire un percorso prefissato, comunicando via via i dati rilevati al server remoto. Inoltre se il valore della concentrazione degli agenti inquinanti è superiore ad una certa soglia o aumenta in modo troppo veloce, un segnale d'allarme è inviato all'interfaccia grafica dell'utente con una velocità dipendente dalle latenze nella trasmissione; la gestione delle anomalie nei dati ricevuti è delegata ad un operatore umano, che se ne occupa dalla postazione di controllo.

- Ricerca: le squadre scansionano la superficie alla ricerca di una fonte inquinante. Sfruttando i dati precedentemente collezionati durante il compito di monitoraggio, i robot possono individuare il gradiente di concentrazione di un dato agente inquinante. Dal confronto di questi dati con i dati ottenuti dagli altri robot, ciascun robot èin grado di inseguire un agente inquinante fino a raggiungere la fonte.

- Mapping dei parametri: la scansione dell'area avviene secondo un percorso prestabilito, durante il quale ciascun robot trasmette i parametri rilevati al server, man mano che li acquisisce. Questi parametri sono memorizzati in corrispondenza della posizione in cui sono stati rilevati, ossia sono geolocalizzati, pertanto si ottiene una mappatura completa dello spazio, in termine di agenti inquinanti, in funzione del tempo trascorso.

Dal momento che il progetto èstato realizzato per essere impiegato in diversi ambienti acquatici (acque costiere, foci di fiumi, laghi e lagune), sono stati progettati due tipologie di robot, uno marino e uno fluviale, in modo da adattarsi al meglio all'ambiente in cui devono operare, senza dover venire a compromessi tra le esigenze nei due scenari.