深海知能ロボット「r2D4」による石垣島沖黒島海丘への潜航
深海知能ロボット「r2D4」による石垣島沖黒島海丘への潜航
2003年12月25日
東京大学生産技術研究所
海中工学研究センター
１．概要
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自律型海中ロボット（注１）は、海中や海底の観測のための新しい動くプラットフォームとして発展が期待されており、研究開発が進んでいます。海底に拡がる背弧海盆や中央海嶺の熱水地帯、大陸棚斜面のメタンハイドレート地帯などは広大であり、自律型海中ロボットを用いた観測活動が期待されている海域です。
東京大学生産技術研究所海中工学研究センター（センター長：浦 環 ）は1984年より自律型海中ロボットの開発研究に着手し、これまでに様々な自律型海中ロボット（http://underwater.iis.u-tokyo.ac.jp/参照）を開発し、多くの成果を挙げてきました。中型の自律型海中ロボット「ｒ２Ｄ４」（注２、注３）は、深海知能ロボットとも呼ばれる最新鋭のロボットで、2003年７月に最初の潜航をおこない、日本海の佐渡島沖の断層の観測に成功しています。
「ｒ２Ｄ４」を展開して潜航経験を増やし、潜航結果と観測結果をフィードバックして「ｒ２Ｄ４」の性能を向上させ、また、無人機の自律機能の可能性を探るために、「ｒ２Ｄ４」の研究開発チーム（東京大学生産技術研究所、同海洋研究所、東北大学、京都大学、産業技術総合研究所、および三井造船（株）（社長：元山登雄）のメンバーにより構成される）は、海洋科学技術センター（理事長：平野拓也氏）と電力中央研究所（理事長：佐藤太英氏）と共同して、海洋科学技術センターの「よこすか」（船長：湯川 修氏）を支援母船として12月15日に横須賀を出港し、相模湾の相模海丘にて着揚収訓練と潜航試験を行った後、18日に石垣島南方の黒島海丘に到着、21日までに４回の潜航をおこないました。19日は海況が悪く、潜航を断念して島影に船を避難させています。
当時は、大陸の高気圧の影響で、風速が15m/秒、波高が3mを越えるような荒れた海況でした。潜航現場での着水揚収作業は滞りなくおこなわれました。ただし一度だけは、浮上した「ｒ２Ｄ４」を安全のために波の比較的穏やかな海域に曳航して揚収しました。潜航中は、「ｒ２Ｄ４」の水中位置を「よこすか」に搭載されている音響測位置装置（SSBL：Super Short-Baseline Acoustic Positioning System）によって確認しています。ですから、浮上後に確実に揚収することができました。
なお、来年5月にはマリアナ背弧海盆の熱水地帯観測を予定しており、今回の黒島海丘潜航によりマリアナへと一歩近づいたといえます。
２．黒島海丘での潜航の概要
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１）黒島海丘
黒島海丘は、沖縄県石垣島の南方約25kmにあり、その頂部は約620mの深度です。海底下にはメタンハイドレートが存在し、メタンガス噴出口からメタンや冷水が湧出していることが知られています（町山栄章他、JAMSTEC深海研究22号、2003年）。東シナ海では冬季には強い季節風が吹き、波が高いので「ｒ２Ｄ４」を潜水させることは容易ではありません。しかし、黒島海丘海域では石垣島や西表島の島影になるので、潜航するチャンスが沢山あります。
当初は、潜航目標海域として沖縄トラフの鳩間海丘を第一と考えていましたが、石垣島北方の海況は更に悪く、鳩間海丘への潜航を断念し、第二の目標海域である黒島海丘に潜航しました。
２）潜航方法
「ｒ２Ｄ４」は、潜航直前に緯度、経度及び深度で表された航路点（Way Point）および航路点間の行動様式が書かれた潜航計画表を受け取ります。海面上の「ｒ２Ｄ４」は潜航開始の指示を無線で受けるとこの計画表に従って潜航します。障害物を回避する行動や自身の状態をモニターして行動計画を変更することに関して、「ｒ２Ｄ４」はオペレータの指示を仰ぐことはせず、自ら決定して潜航をおこないます。したがって、母船上の我々は、「ｒ２Ｄ４」に取り付けられた音響発信器（トランスポンダ）からくる信号により「ｒ２Ｄ４」の位置を知って、帰ってくることを待つだけです。
「ｒ２Ｄ４」の内部状態は、音響通信装置を使ってモニターすることができます。しかし、それは、母船上の我々が安心するためにのみ使い、緊急の場合（例えば海況が急に悪くなって浮上しなければならない場合）や、「ｒ２Ｄ４」の慣性航法装置に誤差がたまってきて位置誤差を補正する必要が生じた場合など以外に、我々は「ｒ２Ｄ４」に何かを命令することはありません。
３）潜航
４回の潜航は下表に示す通りです。海況および時間的な制約の中で最大限の潜航をおこないました。
＃８潜航では、626mを深度の限度として潜航させ、部分的には30mの一定高度で進んでいます。
＃９潜航では、慣性航法装置から異常な値の出力があり、「ｒ２Ｄ４」は途中で潜航の継続を断念して、非常用バラストを含む全てのバラストを投棄して浮上してきています。この原因は、浮上後にデータを調べて突き止められ、今後の潜航に問題がないことを確認しました。
＃１０潜航では、15mという高度で海底に接近しようとしました。崖の近くで90度曲がろうとしたときに、海底面に9mまで接近し、これ以上潜航を続けるのは危険であると「ｒ２Ｄ４」が判断し、上下スラスタを駆動して、浮上してきました。
無線で潜航データを母船のコンピュータに送り、「ｒ２Ｄ４」がどのような判断で浮上してきたかを突き止め、即座に航路計画を変更して、再度「ｒ２Ｄ４」を潜航させています。
＃１１潜航では、20mの高度および、緯度で約3秒（約100mに対応する）の間隔で航路を計画しています。浮上中には、磁力計の補正のために360度ターンをしています。
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