深海を舞台に行われる国際レース(競技)「Shell Ocean Discovery XPRIZE」に参加する「Team KUROSHIO」共同代表の皆さん。左右の赤い機体がレースで使われる海中探査ロボット「AE2000a」と「AE2000f」(ともに東京大学生産技術研究所所有)。


 月へ、火星へ。フロンティアと言えば、思い浮かぶのが「宇宙」。しかし、実は月や火星以上に秘境と言っていい場所が足元に広がっているのを忘れていませんか? それは「深海」。

 地球は「水の惑星」であり、表面の3分の2を海が占める。海は多様な生物の宝庫であり、海底油田などの鉱物資源が眠っていることが近年明らかになっている。だが意外なことに、海底のほとんどについて粗い地図しかない。測量船で調査した範囲は海全体の約1割に過ぎず、残りの9割は人工衛星による海底地形調査。だがその分解能は500m〜1km。月や火星の地図に比べても、非常に粗い地図しか人類は手にしていないことになる。

 その理由は深海の過酷さにある。海は平均して約4000mの深さがあるが、スキューバダイビングで潜ることができるのはせいぜい30m。一般的に水深200mより深い海は深海と呼ばれ、太陽光が届かない暗黒の世界。さらに電波も届かず圧力が高い「極限環境」である。

 技術的なハードルが高い深海探査。日本では有人潜水調査船「しんかい6500」や無人探査ロボットが活躍している。ケーブルにつながれない海中探査ロボットAUV(Autonomous Underwater Vehicle)は人工知能を搭載し、海底をなめるように航行できる。非常に高い精度で海底の地形図を取得でき、世界のAUV市場は拡大を続けている。

 その一方、課題も多い。例えばある研究者が海底のデータがほしい場合、大掛かりな調査航海を実施する。研究者は海洋技術者と一緒に母船に乗り込み、調査海域まで時に船酔いに悩まされながら航行。目的の場所に到着するとAUVを母船から展開し、海底調査開始。母船から人間によるAUVの管制が行われる。調査後、目的のデータを得られるのは数週間後だ。

 現状ではAUVの展開・回収には母船やダイバーの支援が必要なため運用コストが高く、さらにデータを得るまで時間もかかる。「コスト」感、「スピード」感に欠けると言えるのだ。

 ユーザーがほしいのは海底の「データ」だ。ベースとなる海底の地図データが整備されていれば、ユーザー自身が調査に出向く必要はない(もちろん研究目的によって人が行く必要もある)。「ネットで『どこの、どんな種別の地図がほしい』とオーダーすれば、即日届くようにしたい」。JAMSTEC海洋工学センターでAUVの開発を進める中谷武志氏はこう話す。

「気軽に」「安く」「早く」海底のデータを手に入れることができたら。そんな夢の実現を加速するチャンスが訪れた。それが深海の国際レース(競技)「Shell Ocean Discovery XPRIZE」だ。

[JBpressの今日の記事(トップページ)へ]

超広範囲の海底マッピング

「Xプライズ」。宇宙好きな人なら、数々の国際競技を実施してきたこの名前に聞き覚えがあるかもしれない。2004年には民間宇宙機による高度100kmの有人弾道飛行レースを実施。現在は、月を舞台にした無人ローバー(月面車)による走行レース「Google Lunar Xprize」の真っ最中だ(今年末、日本チーム「HAKUTO」の月面車がインドのロケットで打ち上げ予定)。そのレースが、いよいよ深海を舞台に繰り広げられる。

 賞金を提供するのは、オイル業界大手のShell。目的は海底油田開発の低コスト化だ。海底油田を開発するには、海底にさまざまなプラットフォームを設置しなければならず、事前に広域な海底の地形調査が必要だ。つまりできるだけ低コストで、早く海底の地形データがほしいというShellのニーズがあり、国際競技にすることで技術開発を加速しようと目論んだ。賞金総額は700万ドル(=約8億円)。で、そのお題と条件は?

 究極の目標は超広範囲(500km2)の海底マッピングの実現。競技は2段階で行われる。

「ラウンド1」:2017年9月に実施。水深2000mで16時間以内に最低100km2以上の海底マップを構築。海底ターゲットの写真撮影(5枚)

「ラウンド2」:ラウンド1をクリアした最大10チームによって2018年9月に実施。水深4000mで24時間以内に最低250km2以上の海底マップを構築。海底ターゲットの写真撮影(10枚)

 ルールは主に3つ。

(1)有人支援母船を使わない(つまり無人で航行すること)。
(2)全てのロボットシステムを40フィートコンテナ(長さ約12m)一つに納めること
(3)調査後、48時間以内に海底地形図を作成すること。

この「Shell Ocean Discovery XPRIZE」が2015年12月にアナウンスされると、JAMSTEC(海洋研究開発機構)、東京大学、九州工業大学、など7機関が「Team KUROSHIO」を結成。2016年6月にエントリーした。

 技術提案書などの審査により、2017年2月、22カ国32チームから「ラウンド1」へ進出できる21チームが発表された。日本からは「Team KUROSHIO」のみが進出することになった。 

「Team KUROSHIO」にはJAMSTEC(海洋研究開発機構)、東京大学、九州工業大学、海上・港湾・航空技術研究所、三井造船(株)、日本海洋事業(株)、KDDI総合研究所の7機関が参加。若手ロボット技術者・研究者らを中心に結成された。


小惑星探査機「はやぶさ」を何機も同時運用するようなもの

「これは非常にチャレンジングなルールです」と「Team KUROSHIO」チームリーダーであるJAMSTECの中谷武志さんは言う。

 500km2と言えば東京ドーム約1万個分もの広さ。一方、日本のAUVが行ってきた海底マッピングは1台で1日(8時間)10km2。つまり50分の1・・・。この大会で「Team KUROSHIO」はAUVを3台使う作戦だが、まず「ラウンド1」をクリアするためには100km2を16時間でマッピングしなければならない。

「(大会では)地形を高解像度で調べるよりも、多少解像度は粗くても広い範囲をマッピングすることが求められます。海底からの高度を上げれば、AUVの調査範囲は従来の1.5倍から2倍の幅をとることができる。あとはスピード、航行時間との掛け算で調査範囲が決まってきます」(中谷さん)

「Team KUROSHIO」戦略案によると、海中探査ロボットAUV3台と、洋上中継器ASV(Autonomous Surface Vehicle)の4台体制で難題に挑む(下の図)。

(*配信先のサイトでこの記事をお読みの方はこちらで本記事の図をご覧いただけます。http://jbpress.ismedia.jp/articles/-/49564)

 3台のAUVを同時に協調させながら、編隊を組んで航行するのは新規技術だ。最も難しいのは人が介在しないところ。従来は人が乗り込んだ母船にAUVを搭載し、目標海域に到着後、人がAUVを着水させ母船からAUVを直接管制していた。

 ところが今回は、岸壁から調査エリアまでの往復、調査中の管制もすべて無人。岸壁にいるオペレーターはASVから送られてくるデータを見守りながらAUVを遠隔監視・管制し、故障時などには中止するか否かの判断を行う。つまり調査中に何かあっても、直接手を出すことができない。万が一トラブルが起こった際には、自動的に浮上するプログラムがAUVに組まれている。

「(無人で小惑星イトカワの探査を行った)『小惑星探査機はやぶさ』を何機も同時に運用するようなものだと思ってもらえれば」と共同代表の1人であるJAMSTEC大木健さんは言う。

「Team KUROSHIO」がレースで使うAUV「AE2000a」と「AE2000f」(ともに東京大学生産技術研究所所有)。2台を使った海底熱水地帯の調査実績もある。


洋上中継器ASV(三井造船所有)。写真では人が乗っているが本番では無人。海中でのAUVの位置を計測し、AUVの航行を海上から支援するとともに、陸上にいるオペレーターに情報を伝える。


究極の目標は?

 高い目標を掲げたこの国際レースに参戦することで、もたらされるものは何か?

 例えば、大木さんはJAMSTEC地震津波海域観測研究開発センターで、海底地震や津波を計測するケーブル式海底センサーシステムの開発・構築業務に携わってきた。海底地形が分からないと、ケーブルを敷設するルートが判断できない。そこで研究船に乗り込み、深海まで伸びる有線ケーブルで遠隔操縦する海中ロボットや、曳航式カメラを使って海底観察を行っている。

「海底カメラの映像を(母船から)長時間見続けて、目がしょぼしょぼになったこともある」という。「これではいけない。海底調査はもっとスマートにロボットで行うべき。1人のユーザーとして、このシステムの開発に期待しています」。ユーザーとして感じた課題を自分たちの手で解決しようと立ち上がった。

3月、日本のとある海域で、ラウンド1を想定した海域試験を連日実施。開発・運用担当メンバーが早朝から日没まで奮闘。強風の日もあり船酔いするメンバーも。ロボットが探査すれば船酔いに悩む必要もない。「Team KUROSHIO」ツイッター より。


同じく3月、三井造船で行われた機器の開発試験の様子。急ピッチでさまざまな試験が行われている。「Team KUROSHIO」ツイッターより。


 地球を理解する学問や資源探査など、地図はあらゆる活動の基本だ。日本は国土面積は小さいが、その周囲を豊かな海が取り囲む。領海とEEZ(排他的経済水域)を合わせた面積は世界6位。新種の生物やまだ見ぬ海底火山、宝の山が眠っているかもしれない。地図を手にしてこそ、有人を含む探査が効率的に行える。

 レースでは海底油田を持つイギリスや、軍事目的でもAUVを作るアメリカなど強敵ぞろい。日本の「売り」は3D画像マッピング技術であり、追加スコアを狙っている。

海中探査ロボットによる画像。AE2000aでは広範囲の画像が、AE2000fには3Dマッピング装置を搭載し、海底の詳細な地形データが得られる。下段の画像では紅ズワイガニの足までわかる。


 現在、「Team KUROSHIO」はレースに出場するための研究費サポートのため、クラウドファンディング(https://academist-cf.com/projects/?id=41)を実施中。例えば1万円支援すると、レースで撮影した海底画像(解説付き)とオリジナルポロシャツなどの豪華リターンが! ぜひ応援して、「地球最後の秘境・深海」への旅の興奮をともに味わいたい。まずは今年9月実施予定の「ラウンド1」突破なるか! 注目だ。

筆者:林 公代