Vào ngày 22/6/2023, các nhóm cứu hộ đã phát hiện mảnh vỡ từ tàu lặn du lịch Titan dưới đáy đại dương gần xác tàu Titanic, cho thấy con tàu đã gặp sự cố nghiêm trọng khiến cả 5 người trên tàu thiệt mạng. Việc đưa con người xuống đáy đại dương sâu thẳm vốn dĩ là rất nguy hiểm. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu cho thấy việc thu thập dữ liệu từ các đại dương trên thế giới trở nên quan trọng hơn bao giờ hết…
Sau đây, kỹ sư cơ khí Nina Mahmoudian của Đại học Purdue sẽ giải thích cách các nhà nghiên cứu giảm thiểu rủi ro và chi phí liên quan đến việc khám phá biển sâu: Gửi tàu ngầm xuống, nhưng vẫn giữ người trên mặt nước.
Tại sao hầu hết các nghiên cứu dưới nước được thực hiện với các phương tiện tự hành hoặc được điều khiển từ xa?
Khi nói về nghiên cứu dưới nước, chúng ta đề cập đến những khu vực rộng lớn. Và việc khám phá các khu vực rộng lớn đòi hỏi các phương tiện có thể hoạt động trong thời gian dài, đôi khi là hàng tháng. Tuy nhiên, việc có con người trên các phương tiện dưới nước, đặc biệt là trong thời gian dài như vậy, rất rất tốn kém và nguy hiểm.
Một trong những công cụ mà các nhà nghiên cứu sử dụng là phương tiện điều khiển từ xa (ROV). Về cơ bản, các ROV kết nối với người điều khiển thông qua một dây cáp. Sợi dây cáp sẽ cho phép người điều khiển chỉ đạo việc di chuyển của phương tiện, đồng thời giúp phương tiện có thể truyền về dữ liệu trực tiếp. Công nghệ ROV đã được cải tiến rất nhiều để có thể tiếp cận các đáy đại dương sâu thẳm – lên đến độ sâu 6.000 mét. Ngoài ra, các cải tiến mới cũng cung cấp khả năng di động cần thiết để quan sát đáy biển và thu thập dữ liệu tốt hơn.
Loại công cụ thứ hai là các phương tiện tự hành dưới nước. Chúng đem đến một cơ hội khác để các nhà khoa học khám phá đáy đại dương. Chúng không có kết nối dây với tàu và được lập trình trước để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Khi ở dưới nước, chúng thường không duy trì liên lạc liên tục với tàu điều khiển. Chúng nổi lên mặt nước định kỳ, truyền lại toàn bộ lượng dữ liệu đã thu thập được, thay pin hoặc sạc lại, và nhận các hướng dẫn mới trước khi lặn xuống lại để tiếp tục nhiệm vụ.
Điều gì mà các tàu ngầm tự hành và điều khiển từ xa có thể làm được mà các tàu lặn có người lái không thể làm được và ngược lại?
Tàu lặn có người lái là điều rất thú vị đối với công chúng và những người liên quan. Với những cải tiến mới, chúng trở nên hữu ích trong việc hỗ trợ con người vận hành các công cụ và đưa ra quyết định, tương tự như hoạt động khám phá không gian của phi hành gia. Tuy nhiên, việc thám hiểm bằng tàu lặn có người lái sẽ đắt đỏ hơn rất nhiều so với các cuộc thám hiểm không người lái do các con tàu này có yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước, các hệ thống hỗ trợ sự sống và hệ thống an toàn. Thông thường, tàu lặn có người lái tiêu tốn hàng chục nghìn USD mỗi ngày để vận hành.
Việc sử dụng các hệ thống không người lái sẽ đem đến cơ hội tốt hơn cho việc khám phá đại dương với chi phí và rủi ro thấp hơn khi hoạt động trên các khu vực rộng lớn và các địa điểm khắc nghiệt. Chúng giúp người điều khiển có cơ hội thực hiện các nhiệm vụ nguy hiểm đối với con người, như quan sát dưới băng và phát hiện mìn dưới nước.
Công nghệ khám phá đáy đại dương đã phát triển như thế nào?
Trong những năm gần đây, công nghệ khám phá đáy đại dương đã phát triển vượt bậc nhờ sự tiến bộ trong các cảm biến và máy tính. Chẳng hạn, việc thu nhỏ các cảm biến âm thanh và sonar để sử dụng dưới nước đã đạt được khá nhiều thành tựu. Máy tính cũng đã trở nên nhỏ gọn hơn, với khả năng và hiệu năng cao hơn. Nhiều nghiên cứu về công nghệ pin và đầu nối chống nước đã được tiến hành. Công nghệ in 3D mới giúp chế tạo thân tàu và các bộ phận có thể chịu được áp suất cao với chi phí thấp hơn nhiều.
Bên cạnh các phương pháp điều hướng, xác định vị trí và phát hiện truyền thống, các nhà nghiên cứu cũng đạt được những thành tựu trong việc tăng cường khả năng tự động hóa bằng cách sử dụng các thuật toán tiên tiến hơn. Chẳng hạn, các thuật toán học máy giúp các phương tiện dễ dàng phát hiện và phân loại các đối tượng, bất kể đối tượng đó là tĩnh như đường ống dẫn hay di động như đàn cá.
Những khám phá nào đã được thực hiện bằng cách sử dụng các tàu ngầm điều khiển từ xa và tự hành?
Chúng ta hãy lấy trường hợp tàu lượn dưới nước làm ví dụ. Đây là những phương tiện tự hành dưới nước hoạt động bằng nguyên lý lực nổi. Chúng có thể ở trong nước hàng tháng trời để thu thập các dữ liệu về áp suất, nhiệt độ và độ mặn của nước. Điều này rất hữu ích đối với các nhà nghiên cứu trong việc tìm hiểu về những thay đổi đang diễn ra trong các đại dương.
Vào năm 2016 và 2017, một trong những phương tiện loại này đã đi qua Bắc Đại Tây Dương, từ bờ biển Massachusetts đến Ireland trong gần một năm. Lượng dữ liệu mà phương tiện thu thập được trong khoảng thời gian đó nhiều chưa từng có. Một phương tiện như thế chỉ có giá khoảng 200.000 USD, và có thể điều khiển từ xa. Cứ sau tám giờ, chiếc tàu lượn lại nổi lên mặt nước, kết nối với GPS và thông báo: “Tôi ở đây”. Sau đó, người điều khiển sẽ cung cấp cho nó kế hoạch tiếp theo của nhiệm vụ. Trong khi đó, để thu thập chừng đó dữ liệu trong thời gian dài như vậy thì một tàu ngầm có thủy thủ đoàn sẽ cần chi phí lên tới hàng triệu USD.
Vào năm 2019, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương tiện tự hành dưới nước để thu thập dữ liệu vô giá về đáy biển bên dưới sông băng Thwaites ở Nam Cực.
Các công ty năng lượng cũng đang sử dụng các phương tiện điều khiển từ xa và tự hành dưới nước để kiểm tra và giám sát cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo ngoài khơi cũng như cơ sở hạ tầng dầu khí dưới đáy biển.
Công nghệ này hiện đang phát triển theo hướng nào?
Các hệ thống dưới nước là các nền tảng di chuyển chậm. Nếu các nhà nghiên cứu có thể triển khai chúng với số lượng lớn thì điều đó sẽ mang lại lợi thế cho việc bao phủ các khu vực rộng lớn trên đại dương. Hiện tại, họ đang cố gắng rất nhiều trong việc tăng cường khả năng phối hợp và tự động hóa đội tàu của nền tảng này, cũng như thúc đẩy việc thu thập dữ liệu bằng cách sử dụng các cảm biến có sẵn trên tàu như máy ảnh, sonar và cảm biến oxy hòa tan.
Theo The Conversation
Văn Thiện biên dịch
