Přední ruští odborníci na mořské inovace řekli, jak průlomové technologie pomohou odhalit tajemství Světového oceánu a jaké možnosti jejich implementace otevře vědě, obchodu a průmyslu.
poskytuje Sk.ru Information Technology Cluster
Piráti, tropické ostrovy a svůdné azuro vln – koho z nás neočarovala mořská romantika a neuchvátily ho příběhy o dobrodružstvích, ztracených pokladech a činech neohrožených kapitánů? Živel, který se nám zdá tak blízký a známý, stále skrývá obrovské množství tajemství a záhad.
Pokud se vážně zamyslíme nad otázkou, co vlastně víme o oceánech, ukáže se, že 95 procent vodního světa zůstává stále neprozkoumaných. O povrchu Měsíce, Marsu a Merkuru máme mnohem přesnější údaje než o vodnaté skořápce naší vlastní planety. Akutní nedostatek různých strukturních map světového oceánu vytváří vážnou bariéru pro rozvoj vědy a podnikání a brání vytváření účinných opatření ke zlepšení životního prostředí a podpoře vodního ekosystému.
„Prvotním úkolem je nyní naplnit databázi na dně Světového oceánu do roku 2030, sbírat nové informace a aktualizovat zastaralé informace. Především je to nutné k tomu, abychom co nejefektivněji přistupovali k prognózování ekonomické aktivity, abychom pochopili, co se obecně děje na planetě,“ říká Anton Pleshkov, generální ředitel ruské výzkumné společnosti Marine Innovations.
Jaké bohatství skrývá oceán?
Samozřejmě nelze říci, že o světovém oceánu a jeho obyvatelích nevíme absolutně nic: satelitní zobrazovací technologie poskytují prostorové rozlišení asi 2-5 km, to znamená, že poskytují přibližnou představu o topografii dna, proudech , teploty a obecná hladina vody. „Tato metoda však neumožňuje skenovat dno s vysokým rozlišením, pouze mělkou vodu – první desítky metrů. Všechno ostatní jsou jen dodělávky,“ vysvětlil Pleshkov.
Velká část zvýšeného zájmu zemí a korporací o vývoj mapovacích technologií, které umožňují podrobnější průzkum oceánu, je způsobena komerčními faktory. Světový oceán není jen stanovištěm mnoha biologických druhů a dopravním uzlem, ale také místem, kde se hromadí obrovské množství různých zdrojů, včetně „paliva budoucnosti“ – hydrátů plynu. Jejich zásoby jsou dvojnásobkem celosvětových zásob všech tradičních paliv – uhlí, ropy a zemního plynu. Navzdory tomu, že jejich těžba je v současnosti nerentabilní, s dalším rozvojem technologie jsou docela schopné stát se výnosnější náhradou: například z jednoho krychlového metru hydrátu lze získat asi 160 kubíků metanu.
Světové oceány jsou také bohaté na zdroje rudných nerostů, včetně kovů vzácných zemin. Ve srovnání s půdou obsahuje šestkrát více niklu, desítkykrát více kobaltu a dvakrát více manganu. Zásoby mědi tvoří 80 % odvozených zdrojů na zemi. Důležitým rysem hlubokomořských rud je vysoké procento kovů, které je stejné nebo několikanásobně vyšší než u pevninských ložisek.
Rusko je jedním z průkopníků v průzkumu hlubinných zdrojů a je držitelem licencí Mezinárodního úřadu pro mořské dno na těžbu tří typů z nich najednou – feromanganových uzlů (FMN), hlubokomořských polymetalických sulfidů (GPS) a kobaltu. -bohaté feromanganové krusty (CMC). „Závazky vyplývající z těchto smluv zahrnují celý cyklus prací od geologického průzkumu až po komerční výrobu. Jedná se o velmi slibný trh, protože takové uzly obsahují anomální koncentraci celé periodické tabulky. Nyní je velmi vysoká poptávka po kovech vzácných zemin a i když vezmeme v úvahu vysoké náklady na těžební technologie v prvních fázích, bude to mnohem výnosnější než těžba na souši,“ uvedl poradce ministra pro přírodní záležitosti Evgeniy Petrov. Zdroje a ekologie Ruské federace.
Nedoporučuje se však vážněji zvažovat možnosti komerčního rozvoje těchto bohatých zdrojů, dokud nepochopíme, jak funguje dno Světového oceánu a funguje jeho ekosystém jako celek. Prvním krokem k tomu je sběr přesných informací a vytvoření globálního monitorovacího systému pro aktuální data.
„Jedním z nejslibnějších vektorů rozvoje je vytváření digitálních dvojčat vodních útvarů. Pomocí takových modelů je možné sledovat změny reliéfu, předpovídat environmentální situaci a související rizika pro rybolov nebo dopravu, odhadovat objem proudů, jejich teplotu, jak na sebe vzájemně působí a tak dále,“ uvedl Anton Pleshkov.
Kromě globálních modelů je podle odborníka možné vytvářet i dvojčata menších objektů – například říční-mořské systémy. V praxi taková řešení zlepší porozumění logistickým procesům, ekonomickému obratu rybářů a organizací zapojených do těžby a pomohou předcházet katastrofám způsobeným člověkem. Například s údaji o teplotě v proudech je možné určit optimální místo pro umístění vodních farem, znát zatížení větrem – kde je lepší instalovat elektrárny a tak dále.
„Bez informací o topografických základech nemůžeme správně vytvořit ani primární modely interakce s prostředím,“ varoval odborník.
Rozsáhlá řešení planetárních problémů
Není divu, že energetické, minerální a biologické zdroje oceánů byly uznány jako určující faktor při dosahování cílů udržitelného rozvoje formulovaných OSN v roce 2015. Vymýcení chudoby a hladu, zlepšení zdravotní péče a celkového blahobytu, výroba čisté energie, podpora hospodářského růstu, zodpovědná spotřeba, boj proti změně klimatu a ochrana mořských ekosystémů – tyto ambiciózní cíle úzce souvisí s průzkumem oceánů.
„Situace je zde jako u fundamentální vědy: ne každý se do ní zapojuje, někdo má více výdajů, někdo méně, ale nakonec z toho má prospěch celé lidstvo,“ poznamenal Pleshkov. Nelze však říci, že takový výzkum nepřinese konkrétní, hmatatelné výhody pro stát a podniky: zavedení integrovaných systémů sběru dat umožní optimalizovat téměř všechny typy činností – lépe zohlednit proudy při plánování tras lodí , aktualizujte navigační a geologické mapy, snižte náklady na palivo a mnoho dalšího.
„V rámci jednoho z našich projektů jsme provedli práce v Černém moři nedaleko Gelendžiku a prozkoumali testovací místo. Při jednom z průjezdů jsme objevili nezdokumentovanou potopenou loď,“ podělil se o své zkušenosti Pleshkov. „S rostoucím pokrytím ekonomických aktivit ve Světovém oceánu bude takových případů přibývat. Abychom pochopili, kde k incidentu došlo, jak odstranit jeho následky, snížit škody, jak těžit zdroje – to vše vyžaduje pochopení prostředí, ve kterém se nacházíme.“
Umělá inteligence je nyní na moři
Věda nestojí na místě a moderní technologie postupně začínají otevírat nové možnosti pro vysoce přesnější měření a sledování dynamiky vodního ekosystému. Jestliže v letech 1950-1960 byla přesnost měření hloubky moře stanovena v metrech, v letech 1980-1990 bylo možné dosáhnout systémů s půlmetrovým rozlišením. Nyní se standardní rozlišení měří v decimetrech, ale existují i řešení, která umožňují centimetrovou přesnost.
Nejdůležitější oblastí práce je v současnosti tvorba analytických systémů založených na umělé inteligenci a robotických zařízeních schopných sbírat a přenášet data offline.
„K vyřešení ambiciózního úkolu stanoveného OSN – prozkoumat celý oceán do roku 2030 – jsou tradiční technologie založené na lidské práci a analýze zcela nedostatečné. Zde potřebujeme inteligentní systémy, které dokážou rychle sbírat a analyzovat informace,“ vysvětlil Viktor Olersky, vedoucí pracovní skupiny Marinet NTI.
Takové rozsáhlé úkoly formulované mezinárodním společenstvím lze vyřešit pomocí technologií, které se již úspěšně používají v jiných průmyslových odvětvích, věří Sergej Dutov, ředitel rozvoje a průmyslových partnerů IT klastru Skolkovo Foundation. Za tímto účelem v červenci nadace Skolkovo zahájila mezinárodní program inovativních projektů „Globální výzva – umělá inteligence pro cíle udržitelného rozvoje“. Program je navržen tak, aby stimuloval poptávku po řešeních ze strany ruských startupů v oblasti umělé inteligence.
„Rozsáhlé úkoly formulované mezinárodním společenstvím lze řešit pomocí technologií již úspěšně používaných v jiných průmyslových odvětvích. Proto jsme spustili projekt Global Challenge s cílem nalézt řešení v oblasti umělé inteligence a aplikovat je v různých oblastech, včetně analýzy dat a autonomních systémů na moři. Do 27. srpna spolu s Marine Innovations přijímáme přihlášky v nominaci „Zachování mořských ekosystémů“. Navazující oblasti soutěžního výběru budou do programu postupně zařazovány,“ poznamenal Dutov.
Velká data a umělá inteligence jsou základní technologie pro dva v současnosti klíčové trendy v námořní dopravě: e-Navigaci a autonomní navigaci. Jejich použití by podle Viktora Olerského mělo výrazně změnit model odvětví, zvýšit jeho bezpečnost, předvídatelnost a zároveň snížit náklady spojené se zdržením formálních postupů, lidskými chybami a přímo snížit náklady na provoz plavidel.
Vlajkovým projektem v oblasti rozsáhlého oceánského výzkumu se stal projekt Nippon Foundation a program mezinárodní spolupráce „General Bathymetric Chart of the Oceans“ (GEBCO) pod záštitou OSN Seabed-2030, jehož cílem bylo sestavit kompletní databázi světového oceánu, včetně použití bezpilotních vzdušných prostředků. K dnešnímu dni byla získána měření pětiny mořského dna – což je významný nárůst z pěti procent dostupných před zahájením projektu. Čína také oznámila plány na vytvoření automatizované podvodní základny vybavené AI a roboty pro studium mořského dna v roce 2018.
Slibným ruským projektem v této oblasti se stal MPAK-3D, mobilní komplex pro mapování mořského dna na šelfu, vyvinutý jako součást plánu Marinet NTI. Řešení integruje několik základních technologií pro trojrozměrný mořský geofyzikální průzkum: parametrickou hydroakustiku, elektrické vyhledávání a seismické vyhledávání, technologie pro online zpracování velkých dat a modely dna budov, řekl Alexander Pinsky, ředitel Marinet Center.
„Každý z těchto prvků představuje pokročilou technologii a společně poskytují kvalitativně novou úroveň, která překonává nejen ruské, ale i zahraniční analogy. V budoucnu také plánujeme integraci MPAK-3D s domácími vysoce přesnými polohovacími technologiemi, měřením rychlosti podvodních proudů a dalších parametrů vodního sloupce,“ podělil se Pinsky.
Klíčové překážky námořních inovací
Ukazuje se, že nová technologická řešení pro průzkum Světového oceánu jsou k dispozici a dokážou efektivně zvládnout zadané úkoly. Co pak určuje nízký stupeň jejich implementace a slabý zájem ze strany velkého byznysu? Podle Antona Pleshkova mezi hlavními překážkami stojí za to zdůraznit vlastnosti vlastnických práv k informacím, tedy kdo je bude vlastnit a disponovat s nimi, a také náklady na jejich získání. V praxi pravděpodobně nejtěžším úkolem nebude rozdělení dat mezi vojenské a civilní potřeby a nikoli určení jejich právoplatného vlastníka, ale vytvoření jednotného centra pro stanovování úkolů a ukládání informací, dodal Jevgenij Petrov, poradce pro ministr přírodních zdrojů a ekologie Ruské federace.
„Data by samozřejmě měla patřit státu, protože ten nese většinu nákladů. Armáda pro své účely potřebuje velmi úzký segment – batymetrii a hydroakustiku. Převážná část informací je pravidelně předávána Akademii věd, kde jsou volně přístupné bez jakýchkoli omezení. Problém je, že nemáme hromadné centrum, kam by všechny tyto informace proudily, kde by se analyzovala Big Data,“ zdůraznil zástupce ministerstva přírodních zdrojů.
Mezitím jsou všechna data z výzkumných expedic uchovávána odděleně a lokalizována v institucích, které je organizovaly, postěžoval si Jevgenij Petrov: „Z hlediska stanovování úkolů v naší zemi chybí jediný orgán odpovědný za veškeré expediční aktivity. Proto se mnoho expedic duplikuje a jen zřídka se přidávají nové metody, které mohou zvýšit jejich hodnotu. Obecně lze říci, že v současné době jsou aktivity Ministerstva přírodních zdrojů, Ministerstva průmyslu a obchodu a Ministerstva školství a vědy v tomto směru vzájemně velmi špatně koordinovány.“
Kromě byrokratických překážek se objevují i výrobní problémy, které jsou charakteristické nejen pro stavbu lodí, ale i pro mnoho dalších high-tech odvětví – vesmír, výrobu letadel a tak dále. Hovoříme o vysoké bariéře vstupu na trh a dlouhé cestě od vývoje k provozu.
Většina moderních námořních mapovacích přístrojů je hydroakustická. Podle Pleškova je ale oblast civilní hydroakustiky málo rozvinutá a v Rusku je jen velmi málo firem, které vyvíjejí taková řešení pro nevojenské účely. „To se vysvětluje konzervatismem tohoto segmentu trhu a velmi vysokými překážkami vstupu. Kromě vážných požadavků na kvalifikaci personálu je akutní i problém spolupráce mezi vývojáři a loďařskými společnostmi,“ uvedl expert.
Aby řešení fungovalo efektivně, musí být nainstalováno na nádobě a k tomuto účelu musí být předem navrženo. Proces od návrhu přes pokládku, testování a uvedení do provozu trvá velmi dlouho. „Podle nejoptimističtějších odhadů bude řešení instalováno na první produkční lodi vyrobené velkou loděnicí za deset let. V této době již prošel určitým životním cyklem a nejčastěji zastarává. – vysvětlil Pleškov. “Pokud vezmeme v úvahu, že minimální životnost lodi je 20-30 let a před modernizací musí vyčerpat svou životnost, je zřejmé, proč je prostě nemožné jít tímto směrem rychle.”
Data mají cenu zlata
Dalším nevyřešeným problémem pro průmysl zůstává ziskovost. O globálních cílech udržitelného rozvoje, všeobecném blahobytu a dalších jasných vyhlídkách můžete mluvit, jak chcete, ale faktem zůstává: hlavní podíl nákladů na implementaci a provoz takových kartografických řešení připadá na majitele lodí a podnikatelé. Vezmeme-li v úvahu i nízkou míru pokrytí tématu mořských inovací, pak se opatrný postoj byznysu k pokročilým technologiím oceánského výzkumu začíná jevit zcela oprávněně.
„Abychom maximalizovali spolehlivost údajů o dně, je nutné zavést nová řešení na téměř všech existujících plavidlech, která jsou v oceánských a říčních systémech, nemluvě o těch ve výstavbě. Musí provádět přesná měření, být dostatečně levné pro hromadnou výrobu a instalaci a být efektivní z provozního hlediska – jak se říká, spolehlivé,“ řekl Pleshkov.
To znamená, že musí být splněny tři základní podmínky: ekonomická efektivnost řešení, přání nebo povinnost majitele lodi nebo vlastníka plavidla takové systémy instalovat a konečně legislativní vymezení datových operátorů a dalších norem pro používání zařízení.
Je tu také dobrá zpráva: například pokud jde o ukládání velkého množství dat na palubách lodí, nyní neexistují žádná omezení, „protože jde o největší stroje v historii lidstva,“ řekl Viktor Olersky: „Dokážou pojmout data. centra významné velikosti, což je již Nyní to dělají světoví IT giganti. Omezením je spíše přenos dat z lodí na břeh prostřednictvím bezdrátových kanálů. Satelitní komunikace zatím zůstává drahá a není nejspolehlivější. Za posledních deset let jsme však byli svědky neustálého zlepšování námořní komunikace, díky níž jsou levnější – například projekt satelitní komunikace OneWeb.“
Olersky věří, že mezi klíčové technologické výzvy patří online sběr a zpracování dat, snížení nákladů na výzkumná zařízení, včetně autonomních neobydlených vozidel, a také zvýšení přesnosti analýzy a modelování.
Námořní inovace: pro koho a proč
Abychom to shrnuli, stojí za zmínku, že bez ohledu na to, jak vzdálené se mohou zdát úkoly, které si oceánští výzkumníci stanovili, se přímo dotýkají každého: ať už jde o průlomy ve farmacii, zlepšení situace životního prostředí, levnější palivo nebo přístup k novým druhům zboží. a služeb. Využití zdrojů mořského dna založené na takovém výzkumu má již dnes velký komerční význam: asi třetina veškeré ropy na světě se vyrábí na mořském šelfu, zdůraznil Alexander Pinsky.
Rusko zatím nezaostává za svými zahraničními kolegy, ale v některých oblastech – například ve vývoji hydroakustických technologií – je dokonce napřed. Není však třeba odpočívat. Stále více zemí se připojuje k závodu o bohaté zdroje Světového oceánu a začíná vyvíjet a těžit nerosty na hlubinách mořského dna mimo jejich národní jurisdikci. Nejproduktivnější oblast Světového oceánu známá feromanganovými noduly – Clarion-Clipperton v Tichém oceánu – byla tedy již zcela „rozdělena“.
„Těžba se stává stále důležitější, protože zásoby na pevnině se vyčerpávají a vyvíjejí se technologie na moři, které snižují náklady na těžbu v oceánech. K tomu samozřejmě existuje řada technologických problémů, které dosud nikdo nevyřešil: od podvodních výrobních komplexů po přepravu takových zdrojů a zajištění ekologické bezpečnosti výroby. První práce v tomto směru nyní probíhají ve světě a v Rusku, které ve svém rozsahu může tvořit nové odvětví světové ekonomiky,“ uzavřel Pinsky.
