مهندسی مسیر آینده سیلیکون با کشتی‌های خودران

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، مدت‌ها پیش از ناوبری مدرن، دریانوردان برای عبور از دریا‌های آزاد به ستارگان نگاه می‌کردند و صورت‌های فلکی را دنبال می‌کردند. قرن‌ها بعد، موتور‌های دیزلی، رادار و GPS این سفر را تغییر شکل دادند و شهود را به ابزار دقیق تبدیل کردند.

با این حال، حتی با وجود اینکه اقیانوس‌ها نقشه‌برداری، شبکه‌بندی و دائماً تحت نظارت قرار گرفتند، کشتی‌ها هنوز برای تفسیر داده‌ها، پیمایش در شرایط عدم قطعیت و تصمیم‌گیری‌های حیاتی در زمان واقعی به خدمه انسانی متکی بودند.

این وضعیت در حال تغییر است. با ظهور سیستم‌های کشتیرانی خودران، کنترل در دریا به طور فزاینده‌ای توسط نرم‌افزار تعریف می‌شود؛ بنابراین کشتیرانی خودران دقیقاً چیست و از نظر مهندسی به چه معناست؟

در هسته خود، کشتیرانی خودران از سیستم‌های کنترل پیشرفته، یادگیری ماشینی و ادغام حسگر‌ها برای هدایت کشتی‌ها با حداقل یا بدون خدمه استفاده می‌کند. بسته به سطح خودران بودن، کشتی‌ها ممکن است از راه دور از خشکی تحت نظارت باشند یا کاملاً مستقل عمل کنند.

بسیاری از آنها همین حالا هم می‌توانند برنامه‌ریزی مسیر، ناوبری و اجتناب از موانع را به صورت بلادرنگ انجام دهند. اما خودمختاری مطلق نیست – درک نحوه عملکرد این سیستم‌ها و اینکه چه زمانی هنوز نظارت انسانی مورد نیاز است، کلید درک مسیر بعدی حمل و نقل دریایی است.

درون هوش مصنوعی و سیستم‌های کنترلی که کشتی‌های خودران را تغذیه می‌کنند

کشتی‌های خودران، به ویژه کشتی‌های باری که کالا حمل می‌کنند، به شبکه پیچیده‌ای از حسگرها، واحد‌های پردازش داده و سیستم‌های ارتباطی وابسته هستند تا به کشتی آگاهی محیطی بلادرنگ بدهند.

این ادغام که داده‌های رادار، لیدار، جی‌پی‌اس، سونار، دوربین‌ها و هوش مصنوعی را ترکیب می‌کند، برای توانمندسازی کشتی در تصمیم‌گیری‌های ناوبری بدون نظارت مداوم انسان بسیار مهم است.

این بدان معناست که این سامانه‌ها کشتی‌های اطراف، الگو‌های آب‌وهوایی و همچنین موانعی مانند بویه‌ها یا خطوط ساحلی را پایش می‌کنند. هوش مصنوعی نصب‌شده روی کشتی سپس داده‌های ورودی را تحلیل می‌کند، آنها را با نقشه‌ها و مدل‌های ناوبری از پیش بارگذاری‌شده مقایسه کرده و امن‌ترین و کارآمدترین مسیر را تعیین می‌کند.

وقتی شرایط تغییر می‌کند، کشتی‌های باری می‌توانند به‌صورت خودکار مسیر، سرعت یا توان خروجی موتور را برای حفظ عملکرد بهینه تنظیم کنند. این کشتی‌ها همچنین به الگوریتم‌های یادگیری ماشینی مجهز هستند که تصمیم‌گیری پیش‌بینانه را ممکن می‌سازد، به این معنا که می‌توانند خطرات احتمالی را پیش از وقوع پیش‌بینی کنند، نه اینکه صرفاً به آنها واکنش نشان دهند.

در همین حال، مراکز کنترل از راه دور در خشکی از طریق ارتباطات ماهواره‌ای جریان‌های دائمی داده را دریافت می‌کنند. این امر به ناظران انسانی امکان می‌دهد تا عملکرد کشتی‌ها را از نزدیک پایش کرده، در صورت نیاز مداخله کنند یا در شرایط اضطراری کنترل مستقیم را در دست بگیرند.

نحوه‌ی طبقه‌بندی کشتی‌های نسل جدید توسط IMO

با این حال، حتی در بالاترین سطح اتوماسیون، کشتی‌های خودران هنوز کاملاً بدون خدمه، مستقل یا دارای مقررات جهانی یکسان نیستند. در واقع، بیشتر کشتی‌های خودران فعلی تحت «خودمختاری نظارت‌شده» فعالیت می‌کنند.

داده‌ها نشان می‌دهند که در حال حاضر کشتی‌های نیمه‌خودران بخش عمده‌ای از بازار کشتی‌های خودران را تشکیل می‌دهند. گزارش‌ها حاکی از آن است که این نوع کشتی‌ها در سال ۲۰۲۳ بیش از ۹۵ درصد سهم بازار را به خود اختصاص داده‌اند، عمدتاً به دلیل مزایای عملی نسبت به کشتی‌های کاملاً خودران.

این امر بدان معناست که اپراتور‌های انسانی هنوز باید فعالیت این کشتی‌ها را از مراکز کنترل ساحلی نظارت کنند. بنابراین، به‌جای حذف انسان‌ها، این فناوری در حال تغییر نقش‌های دریایی به سمت نظارت از راه دور و مدیریت سامانه‌ها است.

بر اساس سطح خودکار بودن، سازمان بین‌المللی دریانوردی (IMO) کشتی‌های خودران را در چهار دسته مختلف طبقه‌بندی می‌کند که درجه‌ی ۱ به کشتی‌هایی با سامانه‌های خودکار پایه اشاره دارد.

در ادامه، درجه‌ی ۲ شامل کشتی‌های کنترل‌شونده از راه دور با خدمه است، درجه‌ی ۳ به کشتی‌های کنترل‌شونده از راه دور بدون خدمه اختصاص دارد و درجه‌ی ۴ مربوط به کشتی‌های کاملاً خودران است که قادر به ناوبری و تصمیم‌گیری مستقل می‌باشند.

با این حال، چندین پروژه‌ی بزرگ اخیراً برای بررسی ظرفیت واقعی فناوری کشتیرانی خودران آغاز شده‌اند. در نروژ، کشتی یارا بیرکلاند (Yara Birkeland) که توسط شرکت Kongsberg Maritime ساخته شده، نخستین کشتی کانتینری کاملاً برقی، بدون آلایندگی و خودران جهان است.

این کشتی به طول ۲۶۲ فوت، کود شیمیایی را میان بنادر پُرشگرون (Porsgrunn) و برویک (Brevik) جابه‌جا می‌کند و طی سه سال گذشته بیش از ۲۵۰ سفر انجام داده و بیش از ۳۵ هزار کانتینر حمل کرده است.

در همین حال، شرکت رولزرویس مارین (Rolls-Royce Marine) در همکاری با شرکت دولتی کشتیرانی فنلاند Finferries، در سال ۲۰۱۸ نخستین کشتی مسافربری کاملاً خودران جهان با نام Falco را در نزدیکی شهر تورکو (Turku) با موفقیت آزمایش کرد. این کشتی ۸۰ مسافر را بدون حضور هیچ خدمه‌ای جابه‌جا کرد.

امروز گامی بزرگ در مسیر کشتیرانی خودران برداشته شد و دقیقاً همان چیزی را تأیید می‌کند که سال‌هاست می‌گوییم: کشتیرانی خودران در راه است.

این را میکائل ماکینن (Mikael Makinen)، رئیس بخش دریایی رولزرویس در آن زمان گفت.

هم‌زمان، در سال ۲۰۲۰ ژاپن برنامه‌ی MEGURI۲۰۴۰ متعلق به بنیاد نیپون (The Nippon Foundation) را آغاز کرد که هدف آن دستیابی به تجاری‌سازی کامل فناوری کشتی‌های کاملاً خودران تا سال ۲۰۲۵ است.

مزایای مهندسی و اقتصادی

اگر به‌طور مؤثر اجرا شود، کشتیرانی خودران می‌تواند چهره‌ی حمل‌ونقل دریایی جهانی را دگرگون کند. یکی از مهم‌ترین وعده‌های این فناوری افزایش ایمنی است، زیرا خطا‌های انسانی عامل اصلی بیشتر حوادث دریایی هستند.

سامانه‌های ناوبری خودکار می‌توانند با حفظ هوشیاری دائمی و تصمیم‌گیری‌های یکنواخت در شرایطی که ممکن است برای خدمه انسانی طاقت‌فرسا باشد، این خطر را کاهش دهند.

اتوماسیون همچنین می‌تواند کارایی عملیاتی را افزایش دهد، مسیر‌ها را بهینه کند، مصرف سوخت را کاهش دهد و زمان‌های از دست‌رفته ناشی از تراکم بنادر یا تأخیر در برنامه‌ها را به حداقل برساند. در نهایت، این امر منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی و بهبود بهره‌برداری از ناوگان برای شرکت‌های کشتیرانی خواهد شد.

کاهش نیاز به خدمه نیز یکی دیگر از مزایای بزرگ است. با توانایی کشتی‌ها برای فعالیت با تعداد کمتر خدمه یا حتی بدون خدمه، این تغییر می‌تواند چالش‌های جذب نیروی انسانی را ساده‌تر کرده و هزینه‌های نیروی کار را کاهش دهد.

برای کشور‌هایی مانند ژاپن که با کمبود نیروی انسانی در بخش دریایی مواجه‌اند، اتوماسیون می‌تواند به پایداری لجستیک ساحلی و حفظ مسیر‌های حیاتی کشتیرانی کمک کند.

علاوه بر این، استفاده‌ی هوشمندانه‌تر از سوخت می‌تواند به کاهش آلایندگی در بخش دریایی منجر شود. همچنین با فراهم شدن امکان مدیریت از راه دور، این کشتی‌ها به اپراتور‌ها اجازه می‌دهند تا کل ناوگان خود را از مرکز‌های کنترل متمرکز هدایت و نظارت کنند.

چرا خودمختاری کامل در دریا هنوز دور از دسترس است.

اما خودران‌سازی کامل هنوز دست‌نیافتنی است، زیرا با چالش‌های مهندسی، حقوقی و اخلاقی عظیمی روبه‌روست. آمادگی فناوری یکی از بزرگ‌ترین موانع است، چراکه ادغام حسگرها، هوش مصنوعی و سامانه‌های کنترل از راه دور در یک راه‌حل کاملاً ایمن و تأییدشده، بسیار پیچیده است.

از سوی دیگر، مقررات بین‌المللی دریایی هنوز استاندارد‌های مشخصی برای کشتی‌های کاملاً خودران و مسئولیت آنها در صورت بروز حادثه ندارد، که این موضوع موانع قانونی جدی ایجاد می‌کند.

همچنین نگرانی‌های امنیت سایبری وجود دارد. افزایش اتصال دیجیتال، کشتی‌ها را در معرض خطر هک یا دستکاری داده‌ها قرار می‌دهد، به‌طوری که حتی یک نفوذ کوچک در سامانه‌های ناوبری یا ارتباطی می‌تواند پیامد‌های جدی به همراه داشته باشد.

علاوه بر این، هزینه‌های بالای توسعه و کمبود زیرساخت‌های جهانی همچنان موجب کندی پذیرش این فناوری شده است، به‌ویژه برای اپراتور‌ها و بنادر کوچک‌تر که هنوز توانایی پشتیبانی از کشتی‌های کنترل‌شونده از راه دور یا بدون خدمه را ندارند.

اگرچه احتمالاً مشاغل جدیدی در زمینه‌های عملیات از راه دور، تجزیه و تحلیل داده‌ها و مدیریت سیستم پدیدار خواهند شد، اما این گذار همچنان می‌تواند برای خدمه‌ای که دهه‌ها در دریا کار کرده‌اند، دشوار باشد. به همین دلیل است که برنامه‌های آموزشی و ابتکارات بازآموزی مهارت برای اطمینان از پشتیبانی اتوماسیون از نیروی کار دریایی ضروری خواهد بود.