Trialoogi peatoimetaja
Eesti, Soome ja Tuneesia teadlased arendasid välja uue teekonnaplaneerimise meetodi, mis aitab autonoomsetel laevadel teha korraga nii ohutumaid kui ka kütusesäästlikumaid meresõiduotsuseid.
Enamik maailma kaubast liigub mööda merd, mistõttu kasvab iga aastaga surve muuta kogu merendusvaldkond turvalisemaks, energiasäästlikumaks ja keskkonnahoidlikumaks. Autonoomsete laevade areng on jõudnud piisavalt kaugele, et teooriast on saamas praktika. Ometi on jäänud lahendamata üks kaalukas küsimus: kuidas panna masin mõtlema merel samamoodi nagu kogenud kapten?
Laevandus põhineb rahvusvahelistel kokkupõrgete vältimise reeglitel ehk COLREG-del – raamistikul, mis määrab, kes annab teed, millal manööverdada ja kuidas hinnata kokkupõrkeohtu. Inimlaevnik loeb olukorda, s.t tajub kaugust, kiirust, tuult, lainet ja teise laeva käitumist instinktiivselt. Masin aga vajab struktureeritud mudelit ja selget loogikat, mis suudaks vajalikke andmeid jooksvalt ja vahetult töödelda.
Just siin astub mängu TalTechi IT-teaduskonna Tugevalt tagatud tarkvara laboratooriumi teadlaste ja partnerite värske teadustöö, Two-phase Path Planning for Fuel-Efficient Safe Navigation (“Kahefaasiline marsruudi planeerimine kütusesäästlikuks ja turvaliseks laevatamiseks”).
Laevandus põhineb rahvusvahelistel kokkupõrgete vältimise reeglitel – raamistikul, mis määrab, kes annab teed, millal manööverdada ja kuidas hinnata kokkupõrkeohtu.
Rahvusvaheline meeskond lahendas keerulise küsimuse
TalTechi, Åbo Akademi (Soome) ja Tunis El Manar Ülikooli (Tuneesia) teadlased ühendasid oma kompetentsid, et luua autonoomsetele laevadele inimlikku mereloogikat õpetav süsteem. Pakutav lahendus põhineb kahel üksteisega seotud tööriistal:
- CVT – loogikapõhine verifitseerimistööriist, mis „loeb“ COLREG-e ja valmistab nende põhjal ette kütusesäästlikud ning ohutud võrdlusmarsruudid.
- VSF – dünaamiline simulatsiooniraamistik, mis testib marsruudid läbi nagu päris laevagi puhul, sest arvestab laeva pöörderaadiust, manööverdusvõimet, kiirendusi, pidurdusi ja kütusekulu.
CVT annab kätte loogika ja reeglid. VSF annab kätte reaalse liikumise ja füüsika. Selle koosmõjul moodustub süsteem, mis suudab genereerida ühtaegu seaduskuulekaid, ohutuid ja efektiivseid teekonnaotsuseid.
Nutika lisandiga saavutati 90% väiksem arvutuskoormus
Kõige suurem tehniline väljakutse oli arvutusmaht. Iga merel tekkiv olukord võib hargneda kümneteks alternatiivideks ning iga alternatiiv tuleb läbi simuleerida. Kui aga masin peab kiirelt reageerima, muutub liiga aeglane protsess väärtusetuks.
Teadlased lisasid simulatsioonile geomeetrilisi liikumispiiranguid – ebarealistlikke või füüsikaliselt mõttetuid liikumistrajektoore välistavad kitsendused. Selle tulemusel kahanes otsinguruum kuni 90%, mis omakorda võimaldas luua realistlikumaid, kiiremini arvutatavaid ja märkimisväärselt kütusesäästlikumaid teekondi.
Uuring näitab, et autonoomne laev suudab võtta vastu otsuseid, mis sarnanevad üllatavalt palju inimese omadele – aga ta jõuab otsusteni kiiremini ning optimeerib samaaegselt ka kütusekulu.
MindChipi robotlaev liigub veepinnal iseseisvalt, jälgides ümbritsevat keskkonda ja reageerides olukordadele ilma inimsekkumiseta. Foto: Mindchip
Mida see tähendab meretranspordi tulevikule?
Autonoomsete laevade maailm liigub kiiresti edasi. Tavaliste laevade pardale tulevad üha autonoomsemad abisüsteemid ja pikemas perspektiivis muutuvad isejuhtivad laevad sama normaalseks kui isejuhtivad autod.
Selles kontekstis on TalTechi ja partnerite tööl märgiline kaal, sest see:
- aitab vältida kokkupõrkeid;
- vähendab kütusekulu;
- loob aluse autonoomsete laevade ohutusstandarditele;
- on ühilduv olemasolevate simuleerimis- ja juhtimisplatvormidega.
Ühtlasi näitab projekt, kuivõrd oluline on rahvusvaheline koostöö. Iga partnerülikool panustas ainulaadse kompetentsiga, ning koostöö andis võimaluse läheneda probleemile erialadeüleselt, ühendada omavahel tarkvaratehnikat, tehisintellekti ja mereteaduset ning näitlikustada Põhjamaade, Baltikumi ja Vahemere-äärsete teadusjõudude sünergiat.
Uued arengud juba töös
Teadlaste järgmised sammud on sama ambitsioonikad:
- on kavas lisada stohhastiline modelleerimine, et saaks arvestada tuule, lainete ja sensorimüra ettearvamatusega;
- süsteem ühendatakse vahetute keskkonna- ja laevaandmetega, et mudel püsiks pidevalt ajakohane;
- tehnoloogiat hakatakse üle viima autonoomsete kommertslaevade platvormidele, sealhulgas TalTechi hargettevõtte poolt toodetud M-seeria autonoomsetele laevadele.
Kõik see toob lähemale hetke, mil autonoomsed laevad navigeerivad merel sama enesekindlalt kui kogenud kaptenid – ja teevad seda väiksema kütusekuluga.
