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Un nouveau cadre pour la recherche océanographique offre le potentiel d’un accès plus large à l’exploration scientifique des grands fonds marins

L’exploration scientifique des profondeurs océaniques est restée largement inaccessible à la plupart des gens en raison des obstacles à l’accès dus aux exigences en matière d’infrastructures, de formation et de capacités physiques pour la recherche océanographique en mer.

Désormais, un nouveau cadre innovant pour la recherche océanographique offre aux scientifiques basés à terre, aux scientifiques citoyens et au grand community un moyen d’observer et de contrôler de manière transparente les processus d’échantillonnage robotisés.

Le cadre SHARC (Shared Autonomy for Remote Collaboration) « permet aux individuals distants de mener des opérations à bord et de contrôler des manipulateurs robotiques » – comme sur des véhicules télécommandés (ROV) – « en utilisant uniquement une connexion World wide web de base et du matériel grand public, quel que soit le variety de collaboration. leur expérience de pilotage antérieure”, selon un posting paru dans Science Robotics, “Améliorer l’exploration scientifique des profondeurs marines grâce à une autonomie partagée dans la manipulation à length.” Le cadre a été développé par une équipe de recherche de la Woods Hole Oceanographic Establishment (WHOI), du Massachusetts Institute of Technological know-how (MIT) et du Toyota Technological Institute de Chicago (TTIC).

Le framework SHARC permet une collaboration en temps réel entre plusieurs opérateurs distants, qui peuvent émettre des commandes orientées vers un objectif par le biais de simples gestes vocaux et manuels tout en portant des lunettes de réalité virtuelle dans une représentation intuitive d’un espace de travail en trois dimensions.

Grâce à SHARC, “nous pouvons ouvrir les elements opérationnels de l’exploration des grands fonds aux scientifiques citoyens, qu’il s’agisse d’enfants dans une salle de classe ou de personnes qui ne peuvent pas être présentes à bord d’un navire en raison d’exigences logistiques ou physiques”, a déclaré le co-auteur Richard. Camilli, chercheur principal du projet et scientifique du département de physique appliquée et d’ingénierie océanique de WHOI. “Les scientifiques citoyens peuvent interagir avec le bras manipulateur robotique du ROV dans un monde virtuel, quelque peu analogue au système holographique ‘holodeck’ de science-fiction utilisé sur les vaisseaux de la Fédération sur Star Trek.”

L’interaction homme-robot – parfois appelée autonomie partagée – permise par SHARC, délègue des responsabilités entre le robot et l’opérateur humain en fonction de leurs atouts complémentaires. Le robotic, par exemple, peut gérer la cinématique, la planification des mouvements, l’évitement d’obstacles et d’autres tâches de bas niveau, tandis que les opérateurs humains assument la responsabilité de la compréhension de la scène de haut niveau, de la sélection des objectifs et de la planification des tâches. De moreover, SHARC permet un fonctionnement parallèle plutôt que séquentiel.

“Nous donnons simplement au robot son objectif et il trouve une alternative”, a déclaré Camilli. “Les gens et le robotic peuvent collaborer ensemble, sans attendre qu’une chose se produise pour faire la suivante. Pendant que le bras robotique exécute une tâche, nous pouvons nous concentrer sur l’objectif suivant.”

En septembre 2021, au as well as fort de la pandémie de Covid, les scientifiques ont testé avec succès SHARC. Au cours d’une expédition océanographique dans le bassin de San Pedro de l’océan Pacifique oriental, les membres de l’équipe SHARC ont exploité le ROV hybride Nereid Underneath Ice (NUI) de WHOI à des milliers de kilomètres en utilisant la réalité virtuelle et les interfaces de bureau de SHARC. Les membres de l’équipe – situés physiquement à Chicago, Boston et Woods Hole – ont collecté en collaboration un échantillon physique de carottes et enregistré des mesures de fluorescence X in situ des tapis microbiens et des sédiments du fond marin à des profondeurs d’eau dépassant 1 000 mètres.

“Cet short article satisfied vraiment en évidence le potentiel de l’autonomie partagée pour contribuer à démocratiser l’accès aux grands fonds marins”, a déclaré l’auteur principal Amy Phung, étudiante au programme conjoint MIT-WHOI en océanographie/sciences et ingénierie océaniques appliquées, programme d’études supérieures. Phung était l’un des scientifiques qui utilisaient le véhicule NUI lors du test SHARC de 2021. “Grâce à SHARC, notre équipe à terre a pu collecter des échantillons de fonds marins à moreover de 4 000 kilomètres de length sans matériel spécialisé ni formation préalable approfondie. À l’avenir, je crois que de nouveaux progrès en matière de robotique et de recherche sur l’autonomie pourront un jour permettre aux scientifiques à terre, étudiants et passionnés à participer activement et à contribuer aux opérations d’exploration des grands fonds marins au fur et à mesure qu’elles se déroulent, ce qui peut à son tour contribuer à favoriser la connaissance des océans auprès du grand public.

“Que ce soit sur terre, dans les airs ou dans l’océan, la plupart des robots qui fonctionnent aujourd’hui le font de deux manières distinctes  : une autonomie totale ou un contrôle à length complet par des pilotes hautement qualifiés, cette dernière étant typical pour des paramètres tels que la manipulation sous-maritime. qui impliquent des interactions complexes entre les robots et leur environnement. Cet posting décrit un nouveau cadre qui permet aux robots d’opérer entre ces deux extrêmes d’une manière qui tire parti des capacités complémentaires des robots et des humains”, a déclaré le co-auteur Matthew Walter, associé professeur au TTIC. Walter est également actuellement chercheur invité de WHOI  auparavant, il était étudiant dans le programme conjoint MIT-WHOI. “SHARC permet à des personnes peu ou pas formées d’effectuer des tâches sophistiquées avec des robots des grands fonds, sous la surveillance d’un pilote, dans le confort de leur lobby et de leur bureau grâce à une combinaison de parole et de réalité virtuelle et, à son tour, promet de redéfinir la façon dont nous utilisons des robots pour les sciences et l’ingénierie marines.

De furthermore, SHARC ne dépend pas d’un form spécifique de ROV, de bras manipulateur ou d’autres facteurs. “Nous pouvons appliquer la même technologie SHARC avec des bras robotiques et des véhicules totalement différents dans des contextes complètement différents”, a déclaré Camilli. Le framework SHARC « est flexible et indépendant du matériel ».

“En utilisant le cadre SHARC pour l’exploration scientifique en haute mer – qui constitue un environnement très difficile et non structuré – cela achieved en évidence que cette technologie peut également être transférable à de nombreux contextes opérationnels différents, y compris potentiellement la upkeep des infrastructures scientifiques sous-marines, l’exploration en profondeur. les opérations spatiales, le déclassement nucléaire et même la dépollution des munitions non explosées”, a ajouté Camilli.

Le financement de cette recherche a été fourni par la National Robotics Initiative de la National Science Foundation (NSF), le programme Planetary Science and Know-how from Analog Analysis (PSTAR) de la NASA, la NSF Graduate Study Fellowship et la Hyperlink Foundation. L’Institut coopératif d’exploration océanique de la NOAA a fourni un soutien en nature pour l’exploitation de navires et de véhicules robotisés lors des démonstrations de l’océan Pacifique en 2021 dans le bassin de San Pedro.