Den moderna världen är beroende av smidiga tillhandahållande av viktiga tjänster som energi, transport, telekommunikation, mat, vatten och sjukvård. Men systemen som ligger till grund för dessa sektorer blir allt mer komplexa och beroende av varandra, interagerar i global skala – vilket gör dem mottagliga för potentiellt katastrofala misslyckanden när de hamnar under stress.

Den senaste tidens blackout i Storbritannien är ett bra exempel. Även om det är relativt kort, detta avbrott - orsakat av samtidig fel på två generatorer, en gaseldad anläggning i Barford och Hornsea havsbaserad vindkraftpark-lämnade nästan 1 miljon människor i England och Wales utan ström och orsakade omfattande trafikstörningar.

I Sydamerika, 48 miljoner människor lämnades utan ström i juni efter att våldsamma stormar slog ut nätet. I USA, California Utility-företaget tar till strömavbrott under högriskperioder för att förhindra skogsbränder efter den senaste tidens förlust av människoliv, vilket tyder på att den åldrande elektriska infrastrukturen var orsaken till skogsbränderna.

Energiförsörjning för framtiden

Dessa händelser inträffade mot bakgrund av de oundvikliga förändringarna i energiförsörjningen, som kräver förändringar i hur system övervakas och hanteras. Tidigare i år tillkännagav den brittiska regeringen sina planer på en revolution inom vindkraft till havs som syftar till att tillhandahålla en tredjedel av all brittisk el till 2030.

Dessa nya vindkraftsparker till havs kommer att bestå av större vindkraftverk längre till havs och 10-12 MW generatorer, och kommer att bli en betydande bidragsgivare till den brittiska energimixen. Genom denna affär, havsvindindustrin planerar att nästan fyrdubbla vår vindkraftsproduktionskapacitet från 7,9 gigawatt till minst 30 GW år 2030.

Storbritannien ligger redan i framkant när det gäller vindkraft till havs, med mer kapacitet än något annat land, några av de största vindkraftsparkerna till havs och de mest kraftfulla turbinerna. Än, som de senaste händelserna visade, Att bara förlora två generatorer samtidigt kan orsaka betydande störningar. Detta understryker hur mycket denna utveckling kräver nya tekniker för livstidshantering, övervakning och kontroll av vindkraftstillgångar till havs. Det visar också behovet av nya tekniker på "efterfrågesidan"-det vill säga sätt att använda el intelligent under perioder med hög efterfrågan.

Forskare inom en mängd olika discipliner har en viktig roll att spela för att stödja denna vision. Vi är den akademiska ledaren för Storbritanniens största integrationsprojekt för hela system och energisystem, kallas Reflex (Responsive Flexibility).

Detta försöker utforska hur vi kan skapa en motståndskraftig, hållbar och koldioxidsnål energiinfrastruktur som stöder samhällets livsviktiga tjänster. För att ansluta förnybar produktion till havs till fastlandsnätet, vi kräver ett dyrt nätverk av undervattenskablar. Till exempel, NorthConnect-projektet med högspänningslikström (HVDC) krävde en investering på över 1,2 miljarder pund för en enda undervattenskabelinstallation. Klart, kostnaden för dessa tillgångar begränsar vår förmåga att ta hänsyn till element som ofta finns i kraftnät, som att installera reservkablar ifall huvudströmlänken misslyckas.

Så hur skyddar vi vår energiinfrastruktur med så stor tonvikt på havsvind? Vi tror att lösningen kommer att innebära ett partnerskap mellan människor, Artificiell intelligens och robotik. Vi behöver robotik för att förbättra vår förmåga att övervaka och underhålla dessa tillgångar, vilket i framtiden kommer att uppnås genom ihållande autonomi.

Undervattensverksamhet

Detta innebär att robotar lämnas på plats med förmågan att övervaka och underhålla sig själva och vindkraftsparker till havs. Med oöverträffade nivåer av data från en mängd olika källor, såsom strukturella övervakningssystem, system för tillsynskontroll och datainsamling (SCADA), miljöövervakning och så vidare, behovet av avancerad AI för att stödja kritiskt operativt beslutsfattande är avgörande.

I den här situationen, människor skulle helt enkelt bli överväldigade av mängden data och information till deras förfogande. Men människor som arbetar tillsammans med robot- och AI-assistenter kommer att vara en central del av hur vi hanterar vår framtida havsbaserade infrastruktur under denna övergång till en energiförsörjning som domineras av vind.

Ett exempel på hur vi gör detta relaterar till vår forskning inom delfininspirerade lågfrekventa ekolod för att stödja autonoma undervattensfarkoster (AUV) vid bedömning av undervattenskraftens integritet. AUV tar bort behovet av att placera ut mänskliga dykare i denna farliga miljö, och den lågfrekventa ekolodsanalysen ger kritiska mätningar som kompletterar AI-assistenten på land, så att den exakt kan förutsäga strömkabelns skick.

I framtiden förutser vi en omfattande integration av undervattensdockningsstationer samt flytande lednings- och kontrollcentraler, där säkerheten för vår undervattens- och ytvindkraftsinfrastruktur upprätthålls genom patrullerande robotplattformar som kan inspekteras och repareras.

AI och robotik har utvecklats avsevärt de senaste åren och i samarbete med mänskliga operatörer kan de göra det möjligt för oss att vara mer lyhörda så att vi kan anpassa oss till sällsynta händelser som extrema väderförhållanden eller hot om sabotage eller störningar av undervattenskablar. Utmaningen kommer att ligga i hur vi på ett intelligent sätt hanterar dessa avlägsna tillgångar för att hålla nere kostnaderna och hålla lamporna tända.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.