Robotică subacvatică autonomă

Ochiul care coboară acolo unde omul nu poate.

Fisheye100M este un submarin autonom capabil să coboare la 100 metri adâncime, să urmărească și să filmeze fauna acvatică, și să revină singur la suprafață pentru reîncărcare — fără scafandru, fără intervenție umană.

Cum funcționează Vezi specificațiile

01 — Problema

Cea mai mare parte a apei de pe Pământ rămâne necunoscută.

Oceanele, lacurile și râurile acoperă mai mult de două treimi din suprafața Pământului, dar rămân, în mare parte, necunoscute. Nu știm cu precizie câți pești trăiesc sub suprafața unui lac de munte, cum migrează ei odată cu schimbarea temperaturii apei, sau cum se adaptează la modificările din mediul lor.

Motivul e simplu: a ajunge acolo jos este greu, scump și poate periculos.

>2/3 din suprafața Pământului e acoperită de apă
0 scafandri necesari cu Fisheye100M
100m adâncime maximă de operare

02 — Soluția

Fisheye100M rezolvă această problemă.

Submarinul coboară singur, urmărește și filmează fauna acvatică, apoi revine la suprafață pentru reîncărcare — complet autonom. Este compus din trei subsisteme principale, care lucrează împreună pentru a menține adâncimea, direcția și legătura cu operatorul.

Corp presurizat

Adăpostește electronica, bateriile și microcontrollerul. Etanș la 10 bar — tot ce e sensibil la apă rămâne în interior.

Sistem de balast

Patru cilindri cu piston controlează adâncimea. Un algoritm ajustează poziția lor în funcție de presiunea citită, în timp real.

Propulsie

Două motoare acționează elicele printr-un sistem planetar. Direcția este controlată diferențial, fără cârmă mobilă.

03 — Cum funcționează

De la coborâre la reîncărcare, fără o mână umană.

01
Pasul 01

Control activ al adâncimii

Microcontrollerul citește adâncimea din senzorul de presiune extern și ajustează poziția pistoanelor pentru a menține submarinul la adâncimea dorită. Când pistonul se retrage, apa intră și submarinul coboară; procesul invers îl ridică.

02
Pasul 02

Propulsie și direcție

Două motoare 895, montate în zona uscată, rotesc elicele prin sisteme de reducție planetară 3:1. Axele traversează peretele etanș prin simering-uri duble de viton. Direcția e controlată diferențial, fără piese mobile expuse.

03
Pasul 03

Vedere și iluminare adaptivă

Senzorul de lumină ambientală e citit continuu. Sub un prag definit, microcontrollerul pornește la nevoie cele șase LED-uri COB frontale. Camera înregistrează și detectează mișcarea faunei din câmpul vizual.

04
Pasul 04

Legătură cu suprafața

SurfaceLink, barca noastră însoțitoare, menține legătura radio prin LoRa — primește telemetria și transmite comenzi. Când misiunea se încheie, submarinul urcă singur pentru reîncărcare.

04 — Specificații

Fiecare subsistem, în detaliu.

  • Corp principal1× țeavă aluminiu 6061, Ø89mm, perete 3mm, lungime 66cm
  • Module balast4× țevi PPR Ø63mm ext / Ø42mm int, lungime 66cm
  • Joncțiune țevi–emisfere2× conectori imprimați 3D ASA, Ø250mm
  • Capete submarin2× emisfere ASA imprimate 3D, Ø250mm, perete 15mm, cu piloni interni
  • Ferestre frontaleGeam acrilic 4mm, etanșate cu O-ring
  • Structură portantăTije inox sudate
  • Presiune maximă10 bar (100m adâncime)
  • Etanșare îmbinăriO-ringuri pe toate joncțiunile statice
  • Presetupe senzori / propulsoareAlamă nichel, IP68
  • Presetupe traversare cabluriAlamă nichel, IP68, prin capace
2120Nforță teoretică disponibilă la 100m
1385Nforță necesară la 100m
1.53×marjă de siguranță
0Wconsum la menținerea adâncimii
  • Cilindri4× PPR Ø63mm / Ø42mm interior, lungime 60cm (25cm cursă piston)
  • Actuație4× NEMA 17, câte unul per cilindru
  • Reducție4× planetar 6:1, modul 0.8mm, unghi de presiune 20°
  • Șurub de translație4× T8×8 P2, 300mm
  • Piuliță4× alamă flanșată T8, fixată pe piston cu șuruburi M3
  • Cuplaj4× flexibil 8mm–8mm, reductor → bară T8
  • PistonØ40mm, lungime 60mm, 2× O-ring 36×4mm per piston
  • Drivere2× DRV8825, stepper
  • NotăȘurubul auto-blocant menține adâncimea fără consum energetic
  • Motoare2× motor 895, 24V, 10.000 rpm
  • Reducție2× planetar 3:1
  • Elice2× Ø85mm, pas 90mm, 4 pale, ASA imprimat 3D
  • Etanșare ax2× simering Viton dublu + cavitate unsoare marină
  • Drivere2× BTS7960, H-bridge per motor
  • DirecțieControl diferențial între cele două motoare
  • Baterii propulsie2P6S Molicel INR21700-P42A — 12 celule, 21.6V
  • Baterii electronice6P2S Molicel INR21700-P42A — 12 celule, 7.4V
  • Computer principalRaspberry Pi 5, 4GB — procesare video, interfață web, coordonare sistem
  • Microcontroller auxiliarRaspberry Pi Pico W
  • CamerăRaspberry Pi Camera Module
  • IMU 9 axeICM-20948 — accelerometru, giroscop
  • Mediu internBME280 — presiune, temperatură, umiditate
  • Temperatură/umiditate suplimentarăDHT11 ×1 interior + DHT11 ×2 în modulele de balast față/spate
  • Timp realDS3231
  • Lumină ambientalăGY-302 (BH1750) — control automat LED-uri
  • Temperatură apăDS18B20, montat exterior
  • AdâncimeSenzor de presiune extern, calcul în timp real
  • Iluminare6× LED COB, 10W
  • Poziționare la suprafațăGPS SIM808 + GPRS
  • ComunicațieLoRa SX1278, 433MHz
  • Drivere stepper2× DRV8825 (balast)
  • Drivere motoare2× BTS7960 (propulsie)

05 — Inginerie

Verificare structurală la 10 bar (100m).

La adâncimea maximă de proiectare, apa apasă corpul submarinului cu 10 bar din toate direcțiile. Fiecare componentă presurizată a fost calculată separat, ca să existe o marjă de siguranță reală față de presiunea de colaps — nu doar presupusă.

01

Țeava principală Ø89mm: aluminiu 6061

Aluminiul este unul dintre cele mai bune materiale pentru presiune externă. La 100m apa apasă cu 10 bar — echivalentul a 10 atmosfere. Această țeavă cedează abia la 59.5 bar, adică de aproape 6 ori mai mult decât va întâlni vreodată.

Pcolaps = 2 × E × (t / D)³ / (1 − ν²) Pcolaps = 2 × 69 000 MPa × (3 mm / 89 mm)³ / (1 − 0.33²) = 59.5 bar
5.95× Factor de siguranță față de 10 bar
02

Țevile de balast PPR Ø63mm

PPR este materialul din care se fac țevile de apă caldă sub presiune din instalații — proiectat să reziste la presiune continuă. La dimensiunile noastre cedează abia la 98.7 bar, de aproape 10 ori mai mult decât 10 bar. Cel mai robust element structural din tot submarinul.

Pcolaps = 2 × E × (t / D)³ / (1 − ν²) Pcolaps = 2 × 800 MPa × (10.5 mm / 63 mm)³ / (1 − 0.42²) = 98.7 bar
9.87× Factor de siguranță față de 10 bar
03

Emisferele ASA 15mm: capetele submarinului

Emisferele sunt imprimate 3D la 100% infill, cu piloni interni de rigidizare. Forma sferică distribuie presiunea uniform în toate direcțiile — folosim formula pentru coajă groasă, mai precisă pentru grosimea noastră de perete.

Pcolaps = 2 × σ × (1 − (rint / rext)³) / (2 + (rint / rext)³) rext = 115 mm, rint = 100 mm
Pcolaps = 2 × 40 MPa × (1 − (100/115)³) / (2 + (100/115)³) = 10.26 bar
1.03× fără piloni interni
2.0 – 3.0× cu piloni interni (estimat)

Pilonii interni adaugă rigiditate semnificativă care nu poate fi calculată simplu analitic — în practică dublează sau triplează rezistența față de calculul fără piloni.

04

Carcasele thrusterelor Ø60mm: aluminiu

Deși peretele are doar 1.7mm grosime, aluminiul este suficient de rigid. Cedează la 57.4 bar — de 5.7 ori mai mult decât presiunea de la 100m.

Pcolaps = 2 × E × (t / D)³ / (1 − ν²) Pcolaps = 2 × 69 000 MPa × (1.7 mm / 60 mm)³ / (1 − 0.33²) = 57.4 bar
5.74× Factor de siguranță față de 10 bar
05

Geamurile acrilice 4mm: ferestrele LED-urilor

La dimensiunea mică de 30mm diametru, un disc de acrilic de 4mm este surprinzător de rezistent. Presiunea de la 100m creează o tensiune de 10.5 MPa în geam — acrilicul rezistă la 70 MPa, de 6.7 ori mai mult.

σ = 0.75 × P × (rgeam / tgeam)² σ = 0.75 × 1.0 MPa × (15 mm / 4 mm)² = 10.5 MPa rezistență acrilic = 70 MPa
6.67× Factor de siguranță față de 10 bar
06

Pistonul de balast

La 100m apa apasă pe piston cu o forță echivalentă a 141 kilograme. Motorul NEMA17 cu reductorul 6:1 și șurubul trapezoidal T8 poate împinge cu mai mult decât e necesar — cel mai solicitat mecanism din sistem.

Fnecesară = P × Apiston Fnecesară = 1.0 N/mm² × π × (21 mm)² = 1385 N Fdisponibilă = (2π × Mmotor × i) / pșurub Fdisponibilă = (2π × 0.45 Nm × 6) / 0.008 m = 2120 N
1.53× Factor de siguranță față de 10 bar
07

Etanșările statice: îmbinările fixe

Etanșările statice sunt proiectate industrial pentru sute de bar — folosite în hidraulică la 400 bar, în aviație la 700 bar. La 10 bar marja de siguranță este imensă.

Pmax = presiunea maximă admisă de O-ring (spec. Viton 70) Pmax = 300 bar
30× Factor de siguranță față de 10 bar
08

Etanșările dinamice: pistoanele mobile

Pistoanele se mișcă în cilindri — etanșarea dinamică este mai solicitată decât cea statică. Lubrifiate cu vaselină siliconică, rezistă la mișcare continuă fără uzură semnificativă.

Pmax = presiunea maximă admisă de O-ring (spec. Viton 70) Pmax = 100 bar
10× Factor de siguranță față de 10 bar
09

Șuruburile M5: fixarea capacelor

Apa la 100m încearcă să împingă capacul de pe țeava de 89mm cu o forță echivalentă a 634 kilograme. Patru șuruburi M5 pot ține de 4.4 ori mai mult.

Fcapac = P × Acapac Fcapac = 1.0 N/mm² × π × (44.5 mm)² = 6221 N Fșuruburi = n × Fsurub Fșuruburi = 4 × 6900 N = 27 600 N
4.44× Factor de siguranță față de 10 bar
10

Presetupele alamă M14, IP68

Cu cât mai adânc, cu atât garniturile NBR se comprimă mai tare și sigilează mai bine — presiunea lucrează în favoarea etanșării, nu împotriva ei.

Pmax = presiunea maximă admisă a presetupei (estimare conservatoare) Pmax = 50 bar
5× Factor de siguranță față de 10 bar

06 — Filozofie de proiectare

Fiecare piesă, gândită să fie demontată.

Fisheye100M nu e o cutie sigilată — e un sistem construit din module independente, prinse cu șuruburi și O-ringuri standard, nu cu piese turnate la comandă. Corpul presurizat, cilindrii de balast, pod-urile de propulsie și compartimentul electronic se pot demonta și remonta separat, folosind unelte și componente pe care le găsești în orice magazin de bricolaj din lume. Această filozofie transformă construcția, întreținerea și upgrade-ul submarinului dintr-o operațiune de laborator într-o simplă sesiune de șurubelniță — pe masă, pe teren, oriunde e nevoie.

Piese standard, nu proprietare

Șuruburi M3/M8, țevi PPR și O-ringuri de dimensiuni comerciale — nimic nu depinde de o piesă unicat, greu de înlocuit.

Module complet independente

Corpul, balastul, propulsia și electronica se separă unele de altele — repari sau înlocuiești un modul fără să atingi restul.

Upgrade fără să demontezi tot

Bateria, camera sau un senzor intră și ies prin capace dedicate, în câteva minute — fără să deschizi tot corpul presurizat.

Reparabil oriunde, de oricine

Fără unelte speciale, fără fabrică, fără piese turnate la comandă. Dacă se strică ceva pe teren, se repară pe teren.

07 — Concept

SurfaceLink — barca însoțitoare

O platformă autonomă de suprafață cu rol de stație de urmărire și reîncărcare pentru submarin. Rămâne deasupra lui Fisheye100M, face releu de comunicație și îi asigură reîncărcarea autonomă la suprafață.

  • StructurăȚevi PVC flotante — ușoară, modulară, rezistentă la coroziune
  • PropulsieDiferențială, 2× motoare DC cu elice
  • EnergiePanou solar + baterii LiPo
  • MicrocontrollerRaspberry Pi Pico W
  • Comunicație cu submarinulLoRa SX1278, 433MHz
  • PoziționareGPS propriu, urmărire traseu submarin
  • AndocareContacte electrice etanșe pentru reîncărcare

Vrei să afli mai multe despre proiect?

Fisheye100M este un proiect în dezvoltare activă — corp presurizat, balast, propulsie și electronică integrate într-un singur sistem autonom.

Ia legătura