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Seatrec, spin-off de la NASA, propose une nouvelle source d’alimentation pour les robots sous-marins

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Seatrec, spin-off de la NASA, propose une nouvelle source d’alimentation pour les robots sous-marins
Seatrec, spin-off de la NASA, propose une nouvelle source d’alimentation pour les robots sous-marins


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Le flotteur infiniTE de Seatrec est une plate-forme de profilage océanique souterraine qui utilise une nouvelle technologie de production d’énergie. | Source : Seatrec

Aujourd’hui, environ 80 % des fonds marins restent inexplorés, et pour cause. Les profondeurs marines sont un environnement impitoyable. Entre pression intense, visibilité nulle et températures extrêmement froides, les individus et les organisations qui cherchent à faire la lumière sur la région ont d’énormes défis à relever.

Les robots seront probablement un moteur clé de cette exploration, mais ils ont leurs propres limites. L’un des enjeux les plus pressants est celui du pouvoir. Les batteries des capteurs souterrains dépendent souvent de l’énergie solaire ou de tout autre type d’énergie renouvelable. Cela signifie que lorsque les piles meurent, soit elles restent mortes dans l’eau ou rechargé par un navire dont l’exploitation peut coûter jusqu’à 50 000 $ par jour.

Seatrec Inc. espère fournir un nouveau type de source d’énergie utilisant une technologie créée à la NASA Laboratoire de propulsion à réaction (JPL) en Californie du Sud et agréé par le California Institute of Technology. Le Vista, basé en Californie entreprise a déclaré que sa technologie peut permettre aux robots de travailler en haute mer indéfiniment et sans aucune intervention.

Yi Chao, fondateur et PDG de l’entreprise, a passé 15 ans au JPL à étudier l’océan depuis l’espace après avoir obtenu son doctorat en sciences océaniques. À NASAil a pu constater à quel point il est difficile d’accéder à de nombreux océans ouverts dans le monde.

« J’ai vraiment eu l’occasion de connaître les défis de la robotique sous-marine, et en particulier de l’énergie, et j’ai choisi ce goulot d’étranglement particulier que je souhaite résoudre », a déclaré Chao.

Une équipe du JPL a développé des flotteurs robotisés pour calibrer l'instrument Aquarius permettant de mesurer la salinité de la surface des océans à bord d'un satellite, ce qui a finalement conduit à Seatrec.

L’instrument Aquarius de la NASA à bord du Satélite de Aplicaciones Científicas, un projet conjoint américano-argentin, a cartographié la salinité de la surface des océans de la Terre. Pour calibrer l’instrument, une équipe du JPL a distribué des flotteurs robotisés. Cette expérience a contribué à inspirer l’invention par Yi Chao d’une source d’énergie inépuisable. Crédit : NASA

Des robots alimentés par leur environnement

Avec l’aide de deux collègues du JPL, un financement du JPL, puis un contrat du JPL avec l’US Navy, Chao a entrepris de trouver un autre type de source d’énergie pour les robots sous-marins. L’équipe utilise un matériau à changement de phase pour produire de l’énergie.

Les matériaux à changement de phase sont des substances qui peuvent passer d’une phase à l’autre, généralement entre solide et liquide, à certaines températures souhaitables. L’équipe de Chao profite du changement de volume qui accompagne un changement d’état pour produire de l’énergie.

« Nous utilisons l’énergie cinétique de cette expansion de volume pour faire tourner le moteur, puis transformer l’énergie mécanique en électricité. Vous pouvez désormais recharger votre batterie », a déclaré Chao.

Ce concept est similaire à la façon dont fonctionne une machine à vapeur en utilisant l’expansion de l’eau en vapeur pour faire tourner un moteur. La transition solide-liquide ne crée cependant qu’une expansion d’environ 10 %. Cela signifie que l’équipe doit tirer le meilleur parti de la petite quantité d’énergie générée par la transition. C’est pourquoi la méthode est restée si longtemps inutilisée.

Lorsqu’il est utilisé dans un robot, la température du matériau change lorsque le robot monte et descend dans l’océan, ce qu’il fera généralement de toute façon. Lorsqu’ils explorent les parties les plus profondes de l’océan, les robots doivent encore occasionnellement faire surface pour déterminer leur position via GPS et transmettre les données qu’ils ont collectées aux satellites.

L’équipe a choisi un matériau courant de la famille des paraffines de qualité industrielle avec un point de fusion d’environ 50 °F, juste entre la température typique de l’océan d’environ 40 °F et la surface d’environ 70 °F. Bien que ce matériau soit idéal pour les températures moyennes de l’océan, il peut être remplacé pour mieux s’adapter à différents environnements.

Chao et ses collègues ont testé un prototype de flotteur au JPL en 2011, puis un planeur sous-marin fonctionnant selon le même principe mais pouvant également se déplacer horizontalement. Plus tard, Chao a obtenu une licence exclusive pour l’invention auprès du California Institute of Technology, qui gère le JPL. Il a fondé Seatrec en 2016.

Seatrec voit un marché en croissance pour sa technologie

Seatrec vend actuellement son premier module d’alimentation pour flotteurs de plongée aux laboratoires de recherche, aux universités, aux chercheurs gouvernementaux et à l’armée. Chao a déclaré qu’il s’attend à une forte croissance du marché. Les clients possibles incluent :

  • Entreprises de communication intéressées par la pose de câbles Internet transocéaniques
  • Entreprises qui forent du pétrole et du gaz ou construisent des parcs éoliens offshore
  • Groupes de conservation de l’environnement qui souhaitent en savoir plus sur l’emplacement des habitats marins
  • Entreprises gérant des opérations offshore, notamment des puits de pétrole, des éoliennes et des fermes piscicoles, qui ont besoin de capteurs sous-marins pour surveiller les conditions et les équipements.
  • Toute entreprise posant des câbles ou exploitant des éléments de terres rares sur les fonds marins. Ces entreprises doivent évaluer les environnements locaux et la faune avant ces opérations.

À l’avenir, Seatrec prévoit de commercialiser un système pour propulser des planeurs sous-marins en utilisant sa technologie de changement de phase solide-liquide.

La société prévoit également de développer une centrale électrique qui permettrait de faire circuler un matériau à changement de phase liquide-gaz dans les profondeurs océaniques. Cela pourrait créer un ordre de grandeur en plus d’énergie, permettant aux utilisateurs de recharger davantage de robots en mer, a-t-il déclaré.

Seatrec bénéficie d’une subvention de la Marine pour développer une centrale électrique sur la glace arctique, où elle pourra profiter de la différence entre la température de l’eau et l’air plus froid au-dessus de la glace.

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