Publié le 9 mars 2021 - par

Mayflower : Un bateau autonome avec 4 Raspberry Pi

Le trimaran autonome Mayflower de l’association PROMARE après 5 ans de développement traversera seul l’océan Atlantique. Il devrait suivre le chemin de son prédécesseur avec lequel, il y a 400 ans, les colons anglais partis de Plymouth avaient rallié l’Amérique. Piloté par l’intelligence artificielle, il embarque 4 Raspberry Pi chargés des missions scientifiques.

Mayflower un bateau autonome avec des Raspberry Pi et de l’Arduino dedans

Un bateau sans capitaine ni passager. C’est ce trimaran autonome piloté par l’Intelligence Artificielle (IA) qui va effectuer une traversée de 5000 Km. Ce sera à l’occasion du 400 ème anniversaire du Mayflower, navire qui a transporté les colons depuis le port de Plymouth jusqu’en Amérique, pour y fonder la première province.

Ci-dessus un reportage de CBS.

Cette première en termes d’exploration marine est une avancée pour la recherche. Il devient possible d’accéder à des endroits dangereux, ou difficiles d’accès pour apprendre de nouvelles choses sur l’océan. Le Mayflower, encore en tests, sera suivi par un autre bateau avec une équipe qui pourra reprendre la main en cas de problème. Mais c’est bien de façon autonome qu’il effectuera sa traversée. Equipé de six caméras, de nombreux capteurs et de radars, le bateau qui a subi un long apprentissage devrait arriver à bon port. Il sait gérer les zones navigables (ou pas) et ajuste sa route en fonction des obstacles ou des conditions météo.

Comme le dit Brett Phaneuf, co-directeur du projet, “Le grand problème n’est pas l’automatisation, car l’automatisation est partout autour de nous dans notre vie quotidienne. La fiabilité en mer est vraiment le grand défi“.

Un moteur électrique

Le moteur électrique est conçu par Fisher Panda. Les moteurs peuvent être alimentés par des batteries séparées selon les besoins.

Cette vue en coupe montre la position du moteur à l’arrière et de la batterie, au centre.

Chaque moteur électrique est conçu avec deux enroulements séparés, chacun ayant sa propre commande. Les moteurs sont reliés par une courroie d’entraînement. 

Les deux moteurs sont refroidis à l’eau. Ils peuvent également être refroidis à l’eau de mer à l’aide d’un échangeur de chaleur.

L’alimentation électrique

La propulsion électrique est complétée par une dérive au sommet du mat et, ensemble, ils permettront d’atteindre une vitesse maximale de 20 nœuds pour une moyenne d’environ 10 nœuds au cours du voyage qui devrait durer une douzaine de jours.

Les panneaux solaires, d’une épaisseur de 3 mm, peuvent produire jusqu’à 2,5 kW par temps clair, mais si le soleil n’est pas au rendez-vous, il y a aussi un générateur diesel de secours pour charger la batterie lithium-ion de 500 kilos du navire. Cette batterie fait fonctionner les moteurs et toute la technologie nécessaire à une navigation autonome et aux études scientifiques.

Le guidage par IA

C’est dans un rapport de l’ENSTA Bretagne qu’on découvre des détails sur l’équipement de guidage, basé sur un Arduino. L’ENSTA est une école d’ingénieurs

Et c’est ici que l’on voit que les mêmes modules qui sont utilisés dans notre monde de makers sont tout à fait adaptés pour aider à concevoir des ensembles vraiment complexes.

En fin de compte, une IA qui pilote un navire n’est pas très différente d’un humain. Ils s’appuient tous deux sur les mêmes processus :

  • Sentir : évaluer l’environnement et identifier les dangers
  • Penser : évaluer les options
  • Agir : choisir les meilleures actions et donner des instructions au navire

Dans le cas du Mayflower, des capteurs surveillent en permanence tout ce qui se passe sur et autour du navire. Les capteurs d’attitude évaluent les vagues, le tangage et le roulis du bateau. La température et la profondeur de l’eau, la vitesse de l’hélice et l’angle du gouvernail, le courant des panneaux solaires, l’état de charge des batteries et bien d’autres choses encore sont affichés sur un écran au QG de Plymouth.

Un moniteur simplifié, que vous voyez ci-dessus , est également disponible pour le public sur le site du Mayflower. Vous pouvez le consulter en cliquant sur CE LIEN.

Chaîne de décision AI du Mayflower

En même temps, des caméras et des systèmes de vision par ordinateurs scrutent l’horizon à la recherche de dangers, et les données météorologiques informent de la présence de tempêtes potentiellement dangereuses. Au fur et à mesure que les décisions sont prises, des logiciels d’apprentissage et d’automatisation garantissent qu’elles sont sûres et conformes à la réglementation en matière de collision.

Pour ceux qui s’intéressent aux détails de la manière dont toutes ces demandes de traitement sont satisfaites, il faut un IBM Power AC922 propulsé par des CPU IBM Power9 et des GPU NVIDIA V100 Tensor Core, ainsi que le service de prévisions météorologiques d’IBM, The Weather Company.

L’équipement scientifique

C’est ici que nos framboises entrent en jeu. Vous trouverez les informations détaillées (en Anglais) dans ce document de présentation.

Les expériences prévues sont :

  • Étude des populations de baleines d’après leur chant. Récolte de près d’un To de données audio durant le voyage.
  • Chimie des océans, mesure du pH et des nutiments.
  • Marées, niveau de la mer et champs de vagues avec 6 caméras HD + 1 capteur IMU AMU30. Le navire va effectuer des mesures très précises du niveau de la mer grâce à de multiples récepteurs GNSS connectés à un Raspberry Pi 4B qui va enregistrer les données de positionnement à grande fréquence.
  • Synthèse musicale
  • Microplastiques
  • Productivité du phytoplancton
  • L’énergie des vagues
  • Température, salinité, profondeur

Boîtier étanche contenant le matériel scientifique et les quatre Raspberry Pi

Extrait de la vidéo de TF1, le boîtier étanche en position sur le bateau. c’est l’autocollant du Raspberry Pi qui a mis la puce à l’oreille à plusieurs lecteurs du blog. Lien vers le JT de TF1 reportage à 26’36”

A l’intérieur du boîtier étanche on retrouve les 4 Raspberry Pi 4 (à gauche), l’IMU en haut au centre, l’alimentation à découpage (en bas à droite) et les cartes d’interface (des cartes prototype) sur la droite. Il y a également une alimentation ininterruptible (UPS) OpenUPS2.

Synoptique de l’équipement scientifique avec les 4 Raspberry Pi 4 au centre. Cliquez pour agrandir

Les programmes utilisés dans les modules scientifiques. Pour ceux qui ont lu mon livre Raspberry Pi 4, certains des logiciels sont utilisés dans la station météo.

 

 

Conclusion

Encore une preuve de la grande versatilité du Raspberry Pi et se fiabilité. Si sa fiabilité était douteuse, est-ce qu’une équipe de scientifiques le mettrait en œuvre à grande échelle pour un projet aussi ambitieux et couteux ?
L’autre remarque c’est que l’ensemble des ordinateurs de bord tourne… sous Linux.

L’objectif de l’équipe est de permettre à des étudiants et scolaires de tous ages de bénéficier de cette expérience

  • Avec une introduction à la programmation
  • L’accès aux données enregistrées par les capteurs
  • L’opportunité de créer et programmer leurs propres expériences scientifiques qui tourneront sur les Raspberry Pi du Mayflower.

Merci à Jean-Michel et Bruno qui ont fourni une partie des informations de cet article.

Sources

 

Fischer Panda to power Mayflower electric autonomous ship

 

 

 

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À propos François MOCQ

Électronicien d'origine, devenu informaticien, et passionné de nouvelles technologies, formateur en maintenance informatique puis en Réseau et Télécommunications. Dès son arrivée sur le marché, le potentiel offert par Raspberry Pi m’a enthousiasmé j'ai rapidement créé un blog dédié à ce nano-ordinateur (www.framboise314.fr) pour partager cette passion. Auteur de plusieurs livres sur le Raspberry Pi publiés aux Editions ENI.

3 réflexions au sujet de « Mayflower : Un bateau autonome avec 4 Raspberry Pi »

  1. BERNARD

    Passionnant et précurseur, merci de l’info et des liens François !
    Il y aura de quoi intéresser beaucoup de monde, des étudiants aux moins jeunes…
    Jean-François F5RRB

    Répondre

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