เมื่อความสนใจของมนุษย์หันไปสู่ความลึกลับของมหาสมุทร ยานยนต์ใต้น้ำอัตโนมัติ (AUV) และยานยนต์ควบคุมระยะไกล (ROV) กำลังมีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ หัวใจสำคัญของหุ่นยนต์ใต้น้ำเหล่านี้คือระบบขับเคลื่อนที่ซับซ้อน
ปัจจุบันเครื่องขับดันใต้น้ำเป็นรูปแบบการขับเคลื่อนที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับ AUV และ ROV หน่วยขับเคลื่อนเหล่านี้ผสมผสานใบพัดเข้ากับระบบไฮดรอลิกหรือไฟฟ้าอย่างชาญฉลาดเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า อย่างไรก็ตาม ระบบขับเคลื่อนไฮดรอลิกที่มีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก และเครือข่ายวาล์วและท่อที่ซับซ้อน มักจะสงวนไว้สำหรับ ROV ระดับงานขนาดใหญ่
เครื่องขับดันใต้น้ำไฟฟ้าได้กลายเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับ AUV และ ROV ขนาดเล็กกว่า เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัดและมีความยืดหยุ่น ระบบเหล่านี้มักใช้มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านหรือมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร เพื่อทนต่อสภาพใต้น้ำ มอเตอร์จะถูกปิดผนึกในห้องที่เติมอากาศหรือน้ำมัน หรือออกแบบมาให้ทำงานใต้น้ำ โดยใช้น้ำโดยตรงในการระบายความร้อนและการหล่อลื่นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางความร้อนและยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์
เพื่อเพิ่มความคล่องแคล่ว ยานยนต์ใต้น้ำไร้คนขับ (UUV) บางชนิดใช้เทคโนโลยีแรงขับแบบเวกเตอร์ ด้วยการวางตำแหน่งเครื่องขับดันอย่างมีกลยุทธ์ UUV สามารถควบคุมทิศทางการเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำ ทำให้เกิดความคล่องตัวอย่างน่าทึ่ง ROV มักมีเครื่องขับดันสี่ หก หรือแปดตัว โดยต้องมีอย่างน้อยหกตัวสำหรับการเคลื่อนที่หกองศาอิสระเต็มรูปแบบ—การพุ่งขึ้นลง การโยก การม้วน การโยน และการหันเห
ใบพัดทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสำคัญที่แปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการขับเคลื่อน เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนสูงสุด การออกแบบใบพัดต้องตรงกับลักษณะแรงบิดของมอเตอร์อย่างสมบูรณ์แบบ นอกจากนี้ เนื่องจากมีการแช่อยู่ในน้ำทะเลอย่างต่อเนื่อง ใบพัดจึงต้องใช้วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น โลหะผสมอะลูมิเนียม-สแตนเลส
นอกเหนือจากระบบใบพัดแบบเดิมแล้ว เครื่องร่อนใต้น้ำยังใช้วิธีการขับเคลื่อนที่แตกต่างกัน—การลอยตัวแปรผัน วิธีการนี้ใช้กระเพาะปัสสาวะภายในที่พองตัวหรือยุบตัวเพื่อเปลี่ยนความหนาแน่นของยานพาหนะ ทำให้สามารถขึ้นหรือลงได้ เครื่องร่อนใช้ไฮโดรฟอยล์ในระหว่างการลงเพื่อสร้างการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า สร้างวิถีโคจรแบบฟันเลื่อยที่เป็นลักษณะเฉพาะ โดยไม่ต้องใช้มอเตอร์หรือส่วนประกอบที่ซับซ้อน เครื่องร่อนใต้น้ำจึงประหยัดพลังงานได้อย่างน่าทึ่ง ทำให้มีความทนทานที่เหนือกว่า AUV ประเภทอื่นๆ
เครื่องขับดันใต้น้ำไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ช่วยให้เกิดการเคลื่อนที่แบบอัตโนมัติหรือควบคุมระยะไกลในยานยนต์ใต้น้ำ เมื่อเทียบกับเครื่องขับดันไฮดรอลิก เครื่องขับดันไฟฟ้ามีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันในด้านความกะทัดรัด การออกแบบน้ำหนักเบา และความแม่นยำในการควบคุม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งาน AUV และ ROV ที่หลากหลาย
เทคโนโลยีแรงขับแบบเวกเตอร์แสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในการขับเคลื่อนใต้น้ำ ทำให้สามารถควบคุมการเคลื่อนที่สามมิติได้ผ่านการวางตำแหน่งเครื่องขับดันอย่างมีกลยุทธ์และอัลกอริทึมที่ซับซ้อน ความสามารถนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งสำหรับการปฏิบัติงานใต้น้ำที่ซับซ้อนซึ่งต้องการการนำทางที่แม่นยำ
วิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของระบบขับเคลื่อนใต้น้ำมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และสติปัญญาที่เพิ่มขึ้น การพัฒนาในอนาคตจะรวมเอาเทคโนโลยีมอเตอร์ขั้นสูง การออกแบบใบพัดที่เหมาะสมที่สุด และอัลกอริทึมการควบคุมที่ชาญฉลาดขึ้น เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การขับเคลื่อนด้วยเจ็ทน้ำและการขับเคลื่อนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าอาจนำเสนอความเป็นไปได้ใหม่ๆ สำหรับหุ่นยนต์ใต้น้ำ
ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการขับเคลื่อนใต้น้ำจะช่วยพัฒนาการวิจัยทางทะเล การสำรวจทรัพยากร และการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมอย่างมีนัยสำคัญ โดยจัดหาเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับการสำรวจและการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรในมหาสมุทรของมนุษยชาติ
เมื่อความสนใจของมนุษย์หันไปสู่ความลึกลับของมหาสมุทร ยานยนต์ใต้น้ำอัตโนมัติ (AUV) และยานยนต์ควบคุมระยะไกล (ROV) กำลังมีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ หัวใจสำคัญของหุ่นยนต์ใต้น้ำเหล่านี้คือระบบขับเคลื่อนที่ซับซ้อน
ปัจจุบันเครื่องขับดันใต้น้ำเป็นรูปแบบการขับเคลื่อนที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับ AUV และ ROV หน่วยขับเคลื่อนเหล่านี้ผสมผสานใบพัดเข้ากับระบบไฮดรอลิกหรือไฟฟ้าอย่างชาญฉลาดเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า อย่างไรก็ตาม ระบบขับเคลื่อนไฮดรอลิกที่มีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก และเครือข่ายวาล์วและท่อที่ซับซ้อน มักจะสงวนไว้สำหรับ ROV ระดับงานขนาดใหญ่
เครื่องขับดันใต้น้ำไฟฟ้าได้กลายเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับ AUV และ ROV ขนาดเล็กกว่า เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัดและมีความยืดหยุ่น ระบบเหล่านี้มักใช้มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านหรือมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร เพื่อทนต่อสภาพใต้น้ำ มอเตอร์จะถูกปิดผนึกในห้องที่เติมอากาศหรือน้ำมัน หรือออกแบบมาให้ทำงานใต้น้ำ โดยใช้น้ำโดยตรงในการระบายความร้อนและการหล่อลื่นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางความร้อนและยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์
เพื่อเพิ่มความคล่องแคล่ว ยานยนต์ใต้น้ำไร้คนขับ (UUV) บางชนิดใช้เทคโนโลยีแรงขับแบบเวกเตอร์ ด้วยการวางตำแหน่งเครื่องขับดันอย่างมีกลยุทธ์ UUV สามารถควบคุมทิศทางการเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำ ทำให้เกิดความคล่องตัวอย่างน่าทึ่ง ROV มักมีเครื่องขับดันสี่ หก หรือแปดตัว โดยต้องมีอย่างน้อยหกตัวสำหรับการเคลื่อนที่หกองศาอิสระเต็มรูปแบบ—การพุ่งขึ้นลง การโยก การม้วน การโยน และการหันเห
ใบพัดทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสำคัญที่แปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการขับเคลื่อน เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนสูงสุด การออกแบบใบพัดต้องตรงกับลักษณะแรงบิดของมอเตอร์อย่างสมบูรณ์แบบ นอกจากนี้ เนื่องจากมีการแช่อยู่ในน้ำทะเลอย่างต่อเนื่อง ใบพัดจึงต้องใช้วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น โลหะผสมอะลูมิเนียม-สแตนเลส
นอกเหนือจากระบบใบพัดแบบเดิมแล้ว เครื่องร่อนใต้น้ำยังใช้วิธีการขับเคลื่อนที่แตกต่างกัน—การลอยตัวแปรผัน วิธีการนี้ใช้กระเพาะปัสสาวะภายในที่พองตัวหรือยุบตัวเพื่อเปลี่ยนความหนาแน่นของยานพาหนะ ทำให้สามารถขึ้นหรือลงได้ เครื่องร่อนใช้ไฮโดรฟอยล์ในระหว่างการลงเพื่อสร้างการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า สร้างวิถีโคจรแบบฟันเลื่อยที่เป็นลักษณะเฉพาะ โดยไม่ต้องใช้มอเตอร์หรือส่วนประกอบที่ซับซ้อน เครื่องร่อนใต้น้ำจึงประหยัดพลังงานได้อย่างน่าทึ่ง ทำให้มีความทนทานที่เหนือกว่า AUV ประเภทอื่นๆ
เครื่องขับดันใต้น้ำไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ช่วยให้เกิดการเคลื่อนที่แบบอัตโนมัติหรือควบคุมระยะไกลในยานยนต์ใต้น้ำ เมื่อเทียบกับเครื่องขับดันไฮดรอลิก เครื่องขับดันไฟฟ้ามีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันในด้านความกะทัดรัด การออกแบบน้ำหนักเบา และความแม่นยำในการควบคุม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งาน AUV และ ROV ที่หลากหลาย
เทคโนโลยีแรงขับแบบเวกเตอร์แสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในการขับเคลื่อนใต้น้ำ ทำให้สามารถควบคุมการเคลื่อนที่สามมิติได้ผ่านการวางตำแหน่งเครื่องขับดันอย่างมีกลยุทธ์และอัลกอริทึมที่ซับซ้อน ความสามารถนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งสำหรับการปฏิบัติงานใต้น้ำที่ซับซ้อนซึ่งต้องการการนำทางที่แม่นยำ
วิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของระบบขับเคลื่อนใต้น้ำมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และสติปัญญาที่เพิ่มขึ้น การพัฒนาในอนาคตจะรวมเอาเทคโนโลยีมอเตอร์ขั้นสูง การออกแบบใบพัดที่เหมาะสมที่สุด และอัลกอริทึมการควบคุมที่ชาญฉลาดขึ้น เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การขับเคลื่อนด้วยเจ็ทน้ำและการขับเคลื่อนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าอาจนำเสนอความเป็นไปได้ใหม่ๆ สำหรับหุ่นยนต์ใต้น้ำ
ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการขับเคลื่อนใต้น้ำจะช่วยพัฒนาการวิจัยทางทะเล การสำรวจทรัพยากร และการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมอย่างมีนัยสำคัญ โดยจัดหาเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับการสำรวจและการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรในมหาสมุทรของมนุษยชาติ
