Comment savoir ce qu’il y a dans une masse d’eau en mouvement de plus d’un mile de large ? Pour ceux qui sont chargés d’évaluer la qualité de l’eau du fleuve Delaware, c’est un vrai problème. La collecte des données nécessaires à l’évaluation de la qualité de l’eau était coûteuse et chronophage, prenant plus de six ans. Même alors, les données étaient relativement rares, avec seulement quelques stations de qualité de l’eau et un seul échantillon de surface pour tous les six milles de rivière.
Sherry Chen, Quinn Wu, Vanessa Howell, Eunice Lee, Mia Mansour et Frank Fan se sont associés pour créer une solution, et le SS MAPR en est le résultat. Au Hackaday Supercon 2022, Sherry a décrit la mission, pourquoi c’était nécessaire et leur voyage vers un bateau robot autonome. Ce qui suit est un guide fantastique et l’histoire d’un projet massif qui se concrétise. Il existe des plans, des évaluations et des tests pour chaque composant.
Sherry et l’équipe ont commencé par définir ce qui était nécessaire. Il devait être bon marché, facile à utiliser et capable d’échantillonner à différentes profondeurs dans une boîte englobante bien confinée. Il devait fonctionner pendant quatre heures, être utilisé par une seule personne et prélever dix échantillons sur une section de 2 km de la rivière. Certaines des solutions commerciales ont été évaluées, mais ils ont constaté qu’aucune d’entre elles ne répondait aux exigences, même en ignorant leurs coûts élevés. Ils ont choisi un bateau de style multicoque avec des pontons standard pour des raisons de stabilité et de coût.
D’un point de vue technique, ils ont opté pour un Raspberry Pi pour fournir la navigation et l’interface utilisateur, un module XBee pour la communication sans fil et un mbed LPC1768 pour le contrôle de bas niveau. Le Pi et le mbed se parlent via une connexion série, et le module XBee permet à un opérateur à terre de contrôler le bateau. Le SS MAPR dispose d’une pompe submersible qui peut être abaissée et distribuée dans un plateau de collecte rotatif pour la collecte d’échantillons. L’équipe a validé que le moteur sélectionné pouvait pomper de l’eau jusqu’à 45 pieds dans le bon bac de collecte en utilisant des mathématiques et des expérimentations.
Un problème qui s’est posé était la manipulation de la sonde poussée à un angle par le courant jusqu’au point où elle quitte le volume d’échantillonnage d’un mètre cube. Après avoir testé dans une piscine pour vérifier les calculs, les poids de sondage étaient la réponse. De plus, l’équipe a ajouté un circuit d’amplification et de filtrage aux deux extrémités pour tenir compte des problèmes d’intégrité du signal pouvant survenir lors de l’envoi de données de sonde à plus de 50 pieds.
Pour vérifier que le bateau pouvait maintenir sa position à moins de deux mètres pendant 20 minutes, l’équipe l’a placé dans la rivière Schuylkill à proximité. Ils ont ensuite tourné des images à partir d’un drone, faisant référence à des points de repère pour s’assurer qu’ils ne déviaient pas en dehors du rayon requis. Une fois que la navigation PID et l’interface utilisateur ont été principalement résolues, la dernière décision majeure était une source d’alimentation. Ils avaient besoin de près de 400 W pour une autonomie de 4 heures (1600 kw). Ils ont envisagé de construire des batteries ou d’utiliser des batteries au plomb lorsque leur conseiller a proposé d’utiliser un petit générateur à essence. Bien qu’il ait fallu un réoutillage pour s’assurer que le générateur ne soit pas mouillé, le générateur était la solution la plus simple. Voir le putter du bateau autour de la collecte d’échantillons a dû être incroyablement valorisant pour toute l’équipe.
Dans l’ensemble, c’est un voyage fantastique à travers le développement de quelque chose d’utile. Les revers, les réussites et les processus sont décrits de manière très détaillée. Toute l’expérience est fascinante et bien présentée. Le résultat nous incite à sortir et à créer quelque chose de merveilleusement utile, et est la preuve positive qu’une petite équipe d’ingénieurs intelligents peut aider à changer le monde pour le mieux.
