sea2future
USV - enautica1

• Projeto e construção do casco em materiais compósitos reforçados;

• Propulsão elétrica;Instrumentação e robótica;

• Comunicações de dados Terra-Mar;

• Sistemas de navegação e posicionamento;

• Algoritmos para otimizar rotas e evitar colisões;

• Embarcações com sistemas autónomos;

• Visão computacional com recurso a algoritmos de inteligencia artificial.

Atualmente o casco (de tipologia catamaran) da embarcação encontra-se praticamente terminado. A sua construção – que utiliza compósitos de resina de polyester reforçada com fibras de vidro – compreendeu várias fases: Laminação por hand-lay-up dos dois cascos simétricos através da utilização de molde (1); Construção dos reforços internos em cada casco através estruturas sandwich com núcleo de espuma de poliuretano e faces de compósitos de fibra de vidro (2); Interligação entre os cascos através da construção de reforços em sandwich utilizando a moldação por vácuo (3); Criação de plataformas também em sandwich para os componentes elétricos e baterias (4); Criação da estrutura para fixação dos motores utilizando pinho marítimo reforçado com fibra de vidro (5); A cobertura de topo também em pinho marítimo reforçado com fibra de vidro, assim como as escotilhas de acesso ao interior (6); Manufatura aditiva das orlas para as escotilhas em policarbonato e impermeabilização final do casco através da aplicação de topcoat e tinta de esmalte de poliuretano (7). A fase seguinte prende-se com a criação de uma estrutura tubular para fixação de antenas e sensores, assim como as pinturas e adereços finais.

Em dezembro de 2020 foi colocado pela primeira vez o USV-enautica1 em água. Os testes foram realizados na piscina com a equipa que desenvolveu o casco. No primeiro teste em água, apenas foi colocado o casco com o seu peso próprio, que ronda os 15 kg (1). O casco apresentou um calado de cerca de 8 cm, sensivelmente igual na proa e popa e a estibordo e bombordo, permitindo a validação dos cálculos teóricos e de simulação computacional previamente realizados. No final, colocaram-se pesos até prefazer o peso total de 162 kg (2). O calado nesta situação foi de 24-25 cm, muito próximo do calado calculado teoricamente de 25 cm para 150 kg de peso do projeto da embarcação.

Em março de 2021 foram realizados os testes de propulsão e do comando remoto (1). Foi testada a manobrabilidade da embarcação tendo-se verificado um comportamento bastante suave e consistente nas operações de marcha avante, marcha à ré e nas manobras da embarcação com os dois motores elétricos (2). A velocidade máxima alcançada foi de 3 nós.

Em paralelo com a construção do casco têm vindo a ser desenvolvidos vários sistemas eletrónicos da embarcação. Os diferentes sistemas estão interligados entre si através de um computador principal (microprocessador).

• Sistema computador principal: Tem por base um microcomputador RaspBerryPi Neste computador funciona um servidor Robot Operation System (ROS) que permite uma fácil gestão da comunicação de dados entre os sistemas ligados ao computador.

• Sensores de navegação e orientação: Atualmente composto por recetor AIS (Automatic Identification System), recetor GPS (Global Position System) e sensor IMU (Inertial Measurement Unit).

• Sensores das baterias: Compostos por dois sensores de tensão, dois sensores de intensidade de corrente e quatro sensores de temperatura, para medir o comportamento elétrico e físico das baterias.

• Sistema de propulsão: Constituído por uma placa controladora de motores com dois canais (RoboClaw 2x60A) e dois motores de 250 N cada. O acionamento dos motores é feito por ligação USB ao computador principal, ou por controlo de rádio.

• Sistema de controlo remoto: Foram desenvolvidas duas aplicações para o controlo remoto da embarcação. Uma delas funciona num computador portátil e a outra realiza-se num smartphone. Ambas as soluções permitem visualizar os dados de telemetria da embarcação e o acionamento remoto do sistema de propulsão.

• Sistema de gestão de energia elétrica: A energia elétrica disponível a bordo é disponibilizada através de duas baterias de 12 V e 100 Ah. Está ainda em desenvolvimento este sistema que fará uso dos sensores das baterias para obter o estado de carga das mesmas e assim indicar a energia disponível.
• Sistema microcontrolador: Pretende-se que o sistema baseado num microcontrolador efetue o controlo de baixo nível do hardware usado pela embarcação.

Foi desenvolvida uma placa de circuito impresso para receber todas as ligações dos vários sensores para acionamento das bombas de fundo e para indicação luminosa sobre o estado de cada sistema. Esta placa está ligada por um “flat-cable” ao computador principal e funciona como uma extensão do próprio. A placa de circuito impresso é composta pelos seguintes módulos:

• Fichas de ligação dos sensores para a fácil ligação ou substituição;

• Circuitos elétricos para condicionamento de sinal dos vários sensores;

• Circuito integrados para conversão analógica-digital;

• Circuitos eletrónicos para acionamentos das bombas de fundo do casco;

• Fichas de ligação das bombas de água;

• Luzes LED indicadoras de cada sistema;

• Ficha para o “flat-cable” de ligação ao computador principal.

Projetos finais de curso da Licenciatura em Engenharia Informática e Multimédia (LEIM) do ISEL:

• O projeto “Boat Communication - BoatCOM”, no âmbito do qual foi realizado o desenvolvimento do sistema de controlo remoto para a embarcação USV-enautica1.

• O projeto “Android BoatCOM”, onde foi desenvolvida uma aplicação móvel para dispositivos Android, de forma a existir uma leitura dos dados da telemetria recebidos da embarcação, tal como o controlo da mesma através de um joystick virtual;

• O projeto “Sistemas de Bases Dados de Navegação – Sea2Future”, sistema de recolha e armazenamento dos dados dos sensores numa base de dados para a Cloud. No contexto deste projeto foi igualmente desenvolvida uma aplicação web que permite a posterior análise das missões realizadas pela embarcação. .

Projetos de teses de dissertação para o curso de Mestrado em Engenharia Informática e Computadores (MEIM) do ISEL (ambos em fase de execução):

• O projeto “Virtualização da embarcação USV-enautica1", que consiste na virtualização, rendering e simulação da embarcação, através da integração de: ferramentas de ambiente gráfico; sensores inerciais (IMU); e da simulação física de fluídos SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics);

• O projeto “Design de firmware de controlo da embarcação marítima USV-enautica1”, que consiste em desenvolver um sistema para monitorizar e gerir o hardware dos sistemas da embarcação USV-enautica1.

Encontra-se prevista outra parceria de teses de mestrado para estudantes do Instituto Superior Técnico (IST), a arrancar no ano letivo 2021-22, com duas propostas de trabalhos sob os temas:

• O projeto “Design the BMS for an Autonomous Small Vessel”;

• O projeto “Design of the Electric Powertrain System of a Fully Autonomous Small Vessel”