⽔中ロボットの遠隔操作技術に注⽬

近年、建設現場では、危険であったり過酷な環境に⼈が⽴ち⼊らずに作業するための無⼈化技術が急速に進んでいます。特に、波や⾵といった⾃然の影響を強く受ける海や港の⼯事では、⽔中ロボットを海上から遠隔で操作する技術に注⽬が集まっています。安全に水中ロボットを制御するためには、ロボットとの確実な無線通信や、正確な位置を知ることが非常に重要です。

浅い海ゆえの困難

ところで、水中では電波がほとんど届きません。電波を使用するスマートフォンのような通信機器やGPSのような測位装置は使えないので、⽔中でも遠くまで届く音波を使用した技術を使います。

しかし、浅い海では⾳が海底や海⾯に何度も反射する（マルチパスと呼ばれます）ことで、強いエコーが発生します。また、水中ロボットは作業のために移動すると、ロボットから発信する⾳の周波数が変化するドップラー広がりと呼ばれる現象が発生します。これらの現象の影響で、受信した⾳が元の⾳と⼤きく違ってしまい、通信に誤りが出たり、正確な位置がわからなくなったりするのです。

私たちの研究グループは、こうした問題を解決し、浅い海でも使える⾳響無線技術の開発に取り組んでいます。これまでに、送りたい情報を時間や周波数で分割して送信する手法などを使うことで、マルチパスやドップラー広がりの影響を受けにくくし、正確な通信ができる技術を開発してきました。また、誤差の原因となる不要な反射⾳を取り除き、必要な音波だけを使って、正確な位置を測れるシステムも作ってきました。

ノートとペンでアイデア　そして繰り返される実験

私たちの最終⽬標は、浅い海において、誰でも簡単に確実に使えるシステムを完成させることです。でも、その道のりは決して平坦ではありません。まずは過去の研究を調べたり、実際に海へ⾏って、⾳の反射の仕⽅や、周波数の変化の様⼦を調べます。次に、マルチパスやドップラー広がりの影響をどうやって乗り越えるかを、数学を使って考え、ノートとペンでアイデアを練ります。すぐに答えが出るわけではありませんが、ある⽇ふとひらめいたアイデアを、今度は実験で試してみます。

実験は⼩さな⽔槽から始め、うまくいけば⼤学にある⼤きな⽔槽、さらに⼤型プールへとステップアップします。うまくいかないことも多いので、そのたびにまたノートとペンに戻って考え直します。最終的には浅い海での実験を⾏いますが、そこでシステムがきちんと動いたときは、それまでの苦労が⼀気に報われるほどの⼤きな達成感があります。

トラブルもある海の研究　仲間の支えあってこそ

海での研究は決して楽ではありません。⼀度沖に出ると、忘れ物をしても取りに戻るのは⼤変ですし、海⽔や⽔圧で装置が壊れたり、思いもよらないトラブルに⾒舞われることもあります。そんな困難を乗り越えられたのは、経験豊富な先輩研究者や、毎回実験に協⼒してくれる研究室の仲間たちの⽀えがあったからです。

とても難しい。でも、だからこそ⾯⽩い。それが、私の研究です。