KR101575611B1 - 식량 및 에너지를 위한 로봇 해양 양식을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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브라이언 앤 신시아 윌콕스 트러스트
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Abstract

로봇 해양 양식장은 식물 지지망(12, 14, 16)과 외양에서 상기 지지망의 운항을 위한 추진력 수단(302)을 가진 잠수형 예인 시스템(20, 22, 24, 26), 및 상기 지지망을 식물들을 햇빛에 노출시키는 제 1의 수면 위치 및 상기 식물들이 영양분을 얻을 수 있게 하는 제 2의 잠수 위치에 위치시키는 밸러스트 탱크들(318)을 포함한다. 상기 잠수형 예인 시스템은 상기 망의 둘레전방에 연결된 한 개 이상의 예인 보트들(20, 22)을 포함하는데, 상기 예인 보트들 각각은 상기 망의 운항을 위한 추진 시스템을 포함하며, 상기 망의 상기 둘레 전방 내에서 측면 장력을 유지한다. 또한, 한 개 이상의 리액션 보트들(24, 26)은 상기 망의 둘레 후방에 연결된다. 상기 리액션 보트들 각각은 상기 망의 상기 둘레 후방에서 측면 장력을 유지하기 위한 추진 시스템을 포함하고, 상기 망에 있는 길이방향 장력을 유지하기 위해 상기 예인 보트들과 협력하여 움직인다. 독립적으로 운용되는 다수의 양식장들의 수확 시스템은, 양식장 망에 수용된 식물들을 수확하고 보충하도록 운항하는 동안 미리 지정된 장소들에서 양식장들을 만나기 위해 배치되거나 자가위치되는 수확 스테이션을 포함한다. 상기 수확스테이션의 일부분을 구성하거나, 별도로 존재하는 베이스 스테이션들(32, 34)은 상기 양식장들의 최적 운영을 위한 상호지원 및 정보 교환을 제공하기 위해 상기 양식장들과 통신한다.

Description

식량 및 에너지를 위한 로봇 해양 양식을 위한 방법 및 장치{Method and Apparatus for Robotic Ocean Farming for Food and Energy}
본 발명은 기본적으로 바이오메스(biomass) 재배에 관한 것이고, 특히 위치 및 해심 자동 제어부를 구비한 이동식 지지 시스템에 있는 해양 식생 재배를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
세계적으로 비교적 빠르게 석유가 부족해지고 있다. 미국에서는 수년 전부터 새로운 석유 자원들의 발굴과 그 생산 속도가 정점에 도달했다. 미국의 상황과 거의 유사하게, 국제 산유량의 최고치는 발굴량의 최고치에 비해 몇 십년 뒤떨어졌있었는데, 이에 따라 가까운 미래에 국제 산유량은 최고치에 다다를 것으로 기대된다. 유정(oil well) 발굴에 더욱 더 많은 자원들이 제공되고 있음에도 불구하고 유정의 산유량은 점점 더 적어지고 있으므로, 장기적인 감소가 뒤를 이을 것으로 보인다. 어떤 이들은 향후 10년 이내에 산유량이 정점에 다다를 것이라고 하고; 다른 이들은 그 정점에 다다르려면 그 보다 몇 년 정도 더 남았다고 한다. 가격과 생산량 모두에서 석유의 부족함을 알맞게 대체할 수 있는 대체 에너지원은 분명하지 않다. 이는 중요한 문제이다. 현재 세계는 1.3x1013 와트(watts)의 속도로 에너지를 소비한다. 이는 지구에 있는 각 사람당 지속적으로 대략 2 킬로와트(kilowatt; kWh)를 소비하는 것이다. 미국에서는 개인당 에너지 소비는 거의 10 kWh에 다다른다. 석유 한 배럴당 100 달러일 경우, 에너지의 원료 비용(raw cost)은 대략 킬로와트시(kilowatt-hour; kWh)당 6 센트이다(전기가 아닌 열인 경우). 휘발유 한 갤런(gallon) 당 3.50 달러의 경우, 그 비용은 거의 열적 kWh(thermal killowatt-hour) 당 10 센트이다. 문명에 의해 사용되는 수 조(several trillion) 달러의 달러 가치를 가진 에너지의 가장 큰 부분이 석유로부터 온다. 산유량은 지난 세기동안 성장해온 것과 동일한 형태로 다음 세기동안은 감소할 것으로 추정된다. 온실 가스와 관련한 심각한 문제점을 차치하더라도, 각 국가별로 전세계적으로 빠르게 소비되고 있는 석유자원을 대체하기 위한 대체 에너지원 제공의 필요성은 있다.
태양열 에너지는, 분산된다면, 지구 전체에 풍부하게 공급된다. 지구에 지속적으로 도달하는 태양광의 에너지는 대략 1017 와트 정도이다. 모든 인류에 의해 사용되는 에너지량의 거의 10,000배이다. 아마도 가장 중요한 것은, 이러한 에너지는 지구의 열 평형(여하튼 지구에 자연스럽게 떨어지기 때문에)이나 대기 중에 있는 가스들의 균형(태양열을 사용하는 것이 대기의 흡수 또는 방출 특성들을 바꾸는 가스들 방출 순량(net release)을 본질적으로 포함하지 않기 때문에)을 깨뜨리지 않는 방법으로 모아지고 사용될 수 있다는 것이다.
태양열 에너지의 주요 문제는 너무 분산된다는 것이다. 태양열 에너지는 휘도의 최고치에서 겨우 약 1000 W/m2, 지구 표면의 특정 지점에서 연중 평균 대략 160 W/m2로 제공된다. 이는 kWh 당 6 센트(배럴당 100달러의 석유와 열적으로 동일함(thermal equivalent))에서 매 평방 미터의 태양열 집열 장치(solar collector)가, 100%의 효율성에서 전환된다 하더라도, 겨우 매년 약 86 달러의 에너지 가치를 생산한다는 것을 뜻한다. 태양열 에너지가 전기로 전환될 때의 효율은 약 30% 미만이어서, 태양 집열 장치의 매 평방미터는 총 경제적 수익으로 매 년 평방미터당 아마도 25 달러 정도를 생산한다(열 에너지의 가격 보다 전기가 몇 배나 더 높이 팔림에도 불구하고). 전통적인 경제 경험법칙(rule-of-thumb)에 따르면, 자본 투자가 3년 동안의 총 매출보다 클 수 없고, 오히려 보다 적은 것이 바람직하기 때문에, 이러한 에너지 가격으로는 어떠한 '첨단 기술' 해결책이라도 실용적이기에는 너무 낮은 가격이다. 예를 들어, 현재 태양 광전지 어레이(photovoltaic solar array)들은 일 년안에 생산할 수 있는 에너지의 값어치보다 몇 배나 더 한 자본 비용(capital cost)이 든다. 일례로, 대표적인 광전지 어레이 비용이 최대 출력(peak Watt) 당 3 달러이고, 연당 1400 최대 등가 시간(peak-equivalent hours)동안 운용되며, 전기가 kWh 당 10센트로 판매되면, 어레이의 자본 비용 만큼의 이익을 내는 데 걸리는 시간은 22 년이다. 석유를 대체하기 위해 마련되고, 세계 경제에 격변을 초래하지 않는 어떠한 기본 에너지 원이라도 열에너지의 경우 kWh 당 6 센트에 가깝거나 그보다 낮은 가격이어야 하며, 전기 에너지의 경우, kWh 당 10 내지 15 센트 정도의 가격이어야 한다.
1970년대 초반에 이러한 총체적 문제에 대한 해결책이 미국 해국 해양 시스템 센터(the U.S. Naval Ocean Systems Center)의 하워드 에이. 윌콕스 박사(Dr. Howard A. Wilcox)에 의해 제안되었다. (1994년 고인이 된 윌콕스 박사는 본원 발명자의 아버지임) 윌콕스 박사가 제안한 해결책은 바다 양식장을 사용하여 인류에게 비교적 적은 비용으로 에너지(및 식량)을 제공하는 것이었다. 칼텍(Caltech)의 윌러 교수(Professor Wheeler)와 함께 일하고, 미 해군, 국립 과학 재단(the National Science Foundation), 미국 가스 협회(the American Gas Assocation), 및 다른 이들로부터 자금을 지원 받아 그는 빨리 자라는 해양 식물들(특히 대형 갈조류(Macrocystis Pyrifera)인 캘리포니아 자이언트 켈프(California Giant Kelp))이 1% 이상의 입사광을 유용한 저장되는 화학에너지로 전환시킬 수 있는 것을 보여주는 작은 시험 양식장을 운용하였다. 그는 깊은 바다의 영양분들을 사용하는 것을 생각해냈다. 지표수(surface water)에는 너무나 적은 영양분이 있기 때문에 대부분의 바다는 광합성 '사막'이다. 사르가소해(sargasso Sea)와 같이 자연적으로 깊은 층들로부터 용승(湧昇)(upwelling)이 발생하는 곳에는 풍부한 광합성 작용이 있다. 윌콕스 박사는 양식장들 각각에 거대한 해양 식물 모두가 매달릴 수 있는 수 미터의 간격으로 배치된 망(grid)을 가진 '그물(net)'로 구성된 큰 규모(전형적으로 100,000 에이커)의 양식장들 제안하였다. 윌콕스 박사는, 양식장이 바다 밑바닥에 정박되고, 해류, 파도들, 및 파도들로부터의 힘을 견딜수 있도록 할 경우, 이러한 기판을 사용하는데 비용이 너무 많이 든다는 것을 증명해 보였다. 대신 그는 자유럽게 떠다니고, 양식장들을 지속적으로 대양에서 큰 소용돌이(eddy) 패턴들로 순회하도록 정밀하게 제어할 수 있는 추진 시스템을 사용하는 양식장들을 생각해냈다.
윌콕스 박사는, 이러한 양식장들을 대규모로 조성할 경우 경제적일 수 있음을 보여주었지만, 그는 석유 수출국 기구(Organization of petroleum Exporting Countries; OPEC) 석유 생산회사들이 에너지 가격을 절대적으로 컨트롤(total control)함으로써, 체계적으로 어떠한 새로운 대체 에너지원이라도 시장에서 쫓아낼 수 있고, 또한 그렇게 하였던 근본적인 문제가 남아 있음을 경고하였다(참조 '온실 지구(Hothouse Earth)', 윌콕스 하워드 에이. 1975년 프레거(Praeger) 출판사). 그 당시 일부 국가들의 석유 한 배럴당 생산 비용은 대략 0.25 달러 였고, 석유의 판매가는 20 달러 이상이었으므로, OPEC 국가들(특히 사우디 아라비아)은 에너지 가격을 조작(manipulate)하여 대체 에너지원에 대한 어떠한 투자도 체계적으로 약화시키거나 제거시킬 수 있었다. 윌콕스 박사는 초기단계의 대체 에너지원들의 경우, 살아남기 위해서는 정부의 법령에 의해 보호받아야 되는 것을 알았다. 구체적인 바다 양식장의 장점들로는, 바다의 표면적은 '무료'이고, 식물들을 양성하기 위해 요구되는 영양분들은 태양광이 비치는 지표수로부터 불과 수 백 미터 아래에 존재하며, 생성된 바이오메스는 존재하는 식량 및 에너지 분배 네트워크들 모두에 거의 이상적인 공급원료가 되고, 또한 이러한 식물들의 성장은 온실가스들이나 열공해(thermal pollution)의 순생산량에 영향을 주지 않는다는 것이다. 이러한 바이오메스를 식량으로 사용하는 것은 농장 동물들에게 건조된 켈프를 곧바로 먹일 수 있어서, 현재 석유보다 더 비싸게 판매되는 사료(feedstock)들을 대체하기 때문에 매력적이다. 켈프는 퇴비화시켜 극도로 높은 효율성으로 곧바로 천연가스로 사용될 수 있다. 이렇게 생성된 천연가스는 분배 망(distribution grid)에 투입되거나 곧바로 휘발유, 제트 연료, 또한 다른 흔한 석유 화학품들(petrochemical comodities)로 변환될 수 있다.
윌콕스 박사에 의해 구상된 거대한 켈프 양식장들의 주요 문제는 이러한 시스템에 너무나 큰 자본 비용이 든다는 것이다. 순이익을 만들기 위해서 윌콕스 박사가 생각해 낸 양식장들은 극도로 커야했다. 이는, (주로 300 미터 깊이의)해심으로부터 영양분이 풍부한 물을 끌어올리기 위해서 요구되는 용승 장치의 정해진 최소한의 크기가 크다는 점과 및 스케일링 법칙에 따라 양식장이 좌초하지 않도록 하기 위해서는 대형 '추진기(propulsor)들'(디젤 또는 파력을 이용한 프로펠러들(propellers))의 디자인이 필요하다는 점 때문이다. 윌콕스 박사는 양식장의 전체 효율은, 윌콕스 박사와 노스박사가 1% 에서부터 약 2%정도 까지 증가시킬 수 있는 것으로 예측하였다. 2%는 윌콕스 박사가 제안했던 대규모 양식장이 경제적일 수 있는 지점이다. 이러한 양식장들의 다른 주요 문제는 많은 양의 차갑고 깊은 물의 용승이 대양의 수면 온도를 변화시키고, 수증기 또는 다른 가스들이 지표수들과 대기 사이에서 상호교환되는 비율을 변화시킬 수 있다는 것이다. 글로벌 기후(global climate)에 대한 이러한 변화들의 영향은 알려지지 않았지만, 세계적 식량과 에너지 생산에 중대한 영향(significant effect)을 미치려면, 양식장들이 거대한 영역을 필요로 하는 이상, 아마도 큰 영향을 미칠 것이다.
그러므로 비교적 작은 규모에서도 경제적이며, 입증된 태양광의 저장 화학에너지로의 1% 변환 효율에서도 경제적이고, 지구 기후에 예측하지 못한 효과를 줄 수 있는 방식으로 상당량의 심층수를 바다의 수면으로 용승시키는 것도 요구하지 않는 해양 바이오메스 생산을 위한 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 식물 지지 망(grid) 및 외양(外洋)에서 상기 식물 지지망의 운항을 위한 수단과 상기 식물 지지 수단에 달린(attached) 식물들을 태양광에 노출시키는 제 1의 수면 위치 및 상기 식물들이 영양분을 얻을 수 있게 하는 제 2의 잠수 위치에 상기 식물 지지 수단을 위치시키기 위한 수단을 가진 잠수형 예인 시스템(submersible towing system)을 포함하는 로봇 해양 양식장을 제공한다.
본 발명의 첫 번째 실시예에 있어서, 상기 잠수형 예인 시스템은 지지망(support grid)의 둘레 전방(forward periphery)의 반대편 영역들에 연결된 두 개의 예인 보트(tow boat)들을 포함하는데, 두 개의 예인 보트들 각각은 상기 망의 운항을 위한 추진 시스템(propulsion system)을 포함하며, 상기 망의 상기 둘레 전방내에서 측면 장력(lateral tension)을 유지한다. 또한, 리액션 보트(reaction boat)들은 상기 지지망의 둘레 후방(aft periphery)에 연결된다. 각각의 상기 리액션 보트들은 상기 망의 둘레 후방 내에서 측면 장력을 유지하기 위한 추진 시스템을 포함하고, 상기 예인 보트들과 협력하여 움직여서 상기 망 내에서 길이방향 장력을 유지한다.
독립적으로 운용되는 다수의 양식장들의 시스템은 양식장 망에 수용된 식물들을 수확하고 보충하도록 운항하는 동안 미리 지정된 장소들에서 양식장들을 만나기 위해 배치되거나 자가위치되는 수확 스테이션을 포함한다. 수확스테이션의 일부분을 구성하거나 별도로 존재하는 베이스 스테이션들은 양식장들의 최적 운영을 위한 상호지원 및 정보 교환을 제공하기 위해 양식장들과 통신한다.
본 발명의 기술적 특징과 그에 따른 효과들은 하기 상세한 설명을 참조하여 별첨된 도면들과 함께 고려될 때 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 잠수형 양식장 구성 요소들의 개략도;
도 2는 해양층들의 그래프;
도 3은 양식장 시스템에 있는 잠수형 예인 및 리액션 보트들의 제1 실시예 구성 요소들의 블록도;
도 4는 수확 및 지원하기 위한 시스템 구성 요소들의 구성 요소들 블록도;
도 5는 시스템의 양식장 구성요소들의 운용 흐름도; 및
도 6은 본 발명에 따른 시스템과 함께 사용되는 예인 및 리액션 보트들의 제2 실시예의 도면이다.
도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 양식장(10)을 도시한다. 강한 중성 부력(strong neutral buoyancy)을 가진 밧줄(12)과, 사이에 펼쳐지는 추가적인 밧줄들(16)-아마도 동일한 중성 부력을 가지나 직경은 좀 더 작은 밧줄들-과 함께 이러한 강한 중성 부력을 가진 밧줄(12)을 뒤따르는(trailing back) 두 개의 비슷한 밧줄들(14)은 지지망(support grid)을 형성한다. 다른 실시예들에 있어서는, 실질적으로 중성 부력이 제공되기 위해 일정한 간격으로 떨어져 있는 부표(浮標)들(buoys)에 의해 지지되는 와이어(wire)나 밧줄을 사용하여 상기 지지망이 만들어 질 수 있다. 해양 식물들(18)은 상기 밧줄 그물로 만들어진 상기 망에 일정한 간격(수확가능한 크기에 있는 캘리포니아 자이언트 켈프(California Giant Kelp)를 수용하기 위해서는 밧줄들을 따라 대략 1 미터 가량의 간격을 두고 아래로는 해류와 10 미터의 간격(current spacing)을 둠)으로 부착된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 지지망은 실질적으로 중성 부력을 제공하기 위해 일정한 간격으로 떨어져 있는 부표들에 의해 지지되는 와이어나 다른 고강도 필라멘트(filament)를 사용하여 만들어 질 수 있다. 상기 망은 잠수형 예인 시스템(submersible towing system)에 의해 끌려간다(propelled). 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 로봇 '요트(sailboat)'인 두 개의 예인 보트들(towing boats)(20, 22)의 예인 시스템의 제1 구성 요소이다. 두 개의 리액션 보트들(reaction boats)(24, 26)은 예인 시스템의 제2 구성 요소이며, 상기 두 개의 예인 보트들에 대하여 상대적으로 위치해서 줄들 내 장력(tension)을 유지한다. 다른 한 실시예에 있어서, 단일의 예인 보트 및 단일의 리액션 보트가 반강성(semi-rigid) 망과 함께 채용될 수 있다. 망의 필수적 제어 및 운항을 달성하기 위해서는 잠수형 예인 및 리액션 보트들의 다양한 수 및 구조들의 결합이 추가적 실시예들로 채용될 수 있다. 또한, 양식장 망에 분포된 정렬된 추(weight)들 및 호스(hose)로 채워진 물주머니(hose-fed bladder)들이 부력을 변하게 할 수 있다.
하기에 자세하게 서술된 바와 같이, 예인 보트들과 리액션 보트들은 원하는 해심(海深)에 망을 위치시키기 위해 제어되는 밸러스트(ballast) 성능을 구비한 잠수형 보트들이다. 해양 식물들은 영양분과 태양광을 동시에 공급받지 않아도 효과적으로 자랄 수 있다. 칼텍(Caltech)의 윌러 노스(Wheeler North)에 의한 실험들에서 식물들이 밤에는 영양분이 충분한 물에 담겨지고 낮에는 햇빛에 노출되더라도(영양분이 부족한 물에만 둘러싸임) 마치 두 개의 조건이 동시에 다 충족된 경우와 같이 잘 성장하는 것을 증명했다. 대부분의 생물체들과 같이, 영양분들을 신진대사 시키기(metabolize)위해 에너지원이 유효할 때를 위한 적어도 얼마만큼은 저장되어 있도록 해양 식물들은 그들이 영양분들에 노출될 때마다 영양분들을 모으고 저장한다.
제1 실시예에서 예인 보트들과 리액션 보트들은, 상대적 움직임에 있어서 유체층(fluid layer)들을 사용하는 '요트' 추진 수단(propulsion)을 채택할 수 있다. 이러한 유체층들 중 가장 분명한 층은 공기 또는 물 경계면(air/water interface)이다. 이들 두 유체들 사이의 국부 전단력(local shear)은 오랫동안 요트들의 추진 수단으로 사용되었다. 한편, 상대적 움직임이 추진 수단으로 사용될 수 있는 바다의 다른 층들(layers)도 있다. 도 2는 다른 위도에 있는 이러한 층들의 대표적인 배치를 도시한다. 가장 윗 층(202)은 '혼합층(mixed layer)'으로, 영양분이 부족하고 또한 더 깊이 위치한 층들에 비해 따뜻하며 적은 염분을 가지고 있다. 밀도약층(pycnocline layer)(204)은 상기 혼합층에 근접해 있고, 밀도약층 아래에는 심층(deep layer)(206)이 존재한다. 추가적 국부 층들(local layers)은, 대기의 미기후(microclimates)과 같이 존재하고, 사용가능할 때에는 상대적 전단 움직임(shear motion)을 위해 채용될 수 있다. 대부분의 경우, 이러한 층들 사이의 경계는 상대적으로 뚜렷하다. 대체로 수 미터보다 조금 작은 두께마다 거의 계단식으로 변화하는 열적 및/또는 염분의 구배(gradient)에 의해 분별된다.
도 3은 첫 번째 실시예에 있는 예인 보트들 및 리액션 보트들을 위한 기본 구성을 보여준다. 각각의 보트(300)는 돛대(mast)와 돛(302)(도시된 실시예를 위해 단일의 경질 또는 반경질(semi-rigid)의 조립체로 통합됨)을 사용한다. 이러한 돛대와 돛은 바다 수면 위의 대기풍(atmospheric wind)과 같은 상위층(upper layer)을 가르기 위한 날개와 같은 역할을 하기 위해 선체(hull)(304) 위로 연장되고, 횡력(lateral force)(공기역학적 '양력(lift)'으로 작용, 다만 공기역학적 양력과 달리, '날개'가 수직적으로 형성되어 '양력'이 수평면에 형성됨)을 생성한다. 용골(龍骨)(keel)(306)은 선체가 수면에 있을 때는 선체로부터 물 속까지 달려있거나, 선체가 잠수되었을 때는 하위층(lower layer)까지 들어가서 수층(water layer)을 가르고, 다른 측면(sideways)의'양력' 벡터(vector)를 생성하는 또 다른 날개의 역할을 한다. 용골을 돛에 연결하는 전동식 기어(motorized gear) 세트(308) 또는 용골과 돛 각각에 부착된 기어 세트들 각각은, 돛과 용골 사이의 각도를 변화시켜 '돛을 사용한' 운항이 가능하도록 하는데, 이는 돛과 용골로부터의 양력 벡터를 조절하여 보트들이 어떤 방향으로도 움직일 수 있도록 함(요구되는 움직임이 '바람을 향하는 것(into the wind)'일 경우, 요트가 침로를 바꾸며 나아가는 것처럼 움직이는 태킹(tacking) 포함)으로써 이루어진다. 다른 실시예들에 있어서는, 예를 들어, 용골이 돛이 전도 모멘트(tipping moment)에 반응하여 통상의 요트에 비해 돛이 보다 더 수직 상태를 유지할 수 있도록, 하나 이상의 추가적인 제어 표면부들(310)이 제공된다. 표준 키(rudder) 제어부들(312)은 방향 제어를 위해 제공된다. 컴퓨터 제어식 서보(computer-controlled servos)(313)는 제어 표면부들의 운용을 위해 제공된다.
잠수 가능한 운용을 위해서, 각각의 보트는 파력을 이용한 공기 압축기(wave-powered air compressor)(314), 탱크(316), 및 컴퓨터 제어식 벨브들(computer controlled valves)(320)을 구비한 부력-제어 챔버들(318)과 같은 부력 제어 시스템을 가져서, '잠수(dive)' 할 수 있도록 한다. 잠수는 양식장 전체가 영양분들을 가진 해양층들에 도달하는데 필요한 깊이 만큼 또는 폭풍이나 가까이 오는 배들, 기타 다른 위험요소들을 피하기 위해 필요한 깊이 만큼 깊이 잠수한다.
각각의 보트는 부착 시스템(attachment system)(322)의 일부로 장력이 로봇 요트들의 기동(maneuvering)에 의해 조정될 수 있도록, 양식장 슈라우드(shroud) 줄들에 있는 장력을 감지하기 위해 밧줄 망 하중 셀들(rope grid load cells)(일례로, 스트레인 게이지들(strain gages))을 포함한다. 수동적인 장력 제어부(일례로, 스프링들 및 완충기(shock absorber))(325)는 순간적 오버로드(overloads)들(일례로, 파도의 활동으로 인한)을 방지하기 위해 부착 및 양력 감지 시스템들의 일부로 포함된다. 풀림 장치(release mechanism)들은 만약 망이 장애물에 걸리게 되면 상기 망을 놓아주도록 하여, 보트들에 투자된 자본(망보다 훨씬 많이 투자됨)을 건질 수 있도록 한다.
각각의 보트는 에너지를 생산하고 저장하기 위한 발전기(326)(예를 들어 돛대 꼭대기 근처에 조그만한 태양 전지판이나 풍력 발전용 터빈 또는 물 속에 파력을 이용한 발전기)를 포함한다. 발전기는 필요에 따라 운항 및 제어 전자 기기들을 운용하고, 또한 유체 전단력이 유효하지 않을 때 줄들을 제대로 유지하기 위해 모터(330)를 사용한 임시 추진력을 제공하기 위해 직접적으로 사용되거나 에너지 저장부(일례로 배터리)(328)를 통해 사용된다. 실시예에 있어서, 운항을 위한 전자기기들은 돛대나 돛의 꼭대기에 있는 GPS 안테나(332)와 물속에 있는 동안 지구의 자기장 벡터를 감지하기 위해 자기 컴퍼스(334)(일례로, 3-축 플럭스 센서(3-axis flux sensor))를 포함한다. 클럭(336)은 햇빛이 비치는 기간을 예측하고, 양식장 제어 시스템 전체와의 통신 세션(communication session)들을 준비하고, 스케줄된 수확 약속 장소까지의 궤적(trajectory)을 계획하는 등의 기능을 수행하기 위해 제어 컴퓨터(338) 안에 연관된 프로그램과 함께 제어 전자기기들 중에 포함된다. 제어 컴퓨터는 망에 있는 장력을 유지하고, 점대점(point-to-point) 운항을 하고, 충돌을 막는 등의 기능을 수행하기 위해 밸러스트 탱크 제어부, 돛, 용골, 및 키를 위한 밸브를 추가적으로 제어한다.
음향 감지부, 레이더 감지부, 및/또는 원격 감지된 제어 센터로부터 온 주의보와 같은 감지 시스템들은 폭풍이나 다가오는 배들을 감지하기 위해 채용된다. 온도, 염분, 및/또는 밀도(density) 센서들과 같은 환경 측정 센서들(342)은 물 아래에 있는 층 경계들을 감지하기 위해 제공된다. 바람 또는 상대적 물 흐름 방향을 감지하는 흐름 방향 센서(343)는 운항 세팅을 위해서 컴퓨터에 의한 운항 연산(navigation calculations)에 사용된다.
음향 통신 또는 주된 장력 케이블들 속에 수용된 와이어들이나 광섬유와 같은 국부적 통신 링크들(344)은 양식장의 모서리들에 있는 다른 로봇 보트들과 통신하기 위해 제공된다. 인공위성 전화 또는 전리층(ionosphere)에서 반사되는 저주파 라디오와 같은 장거리 통신 링크들(346)은 한 개 이상의 제어 센터들과 통신하기 위해 제공 되고, 때때로 명령을 수신하고 그리고/또는 상태 정보를 전송한다. 음향 또는 라디오 통신들 또는 둘 다와 같은 중거리 통신 링크들은 충돌이나 얽힘을 방지하기 위해서 다른 유사한 양식장들과 통신하기 위해 제공된다.
본 발명의 전체 시스템은 도 4에 도시되고, 제어부에 관하여 집단적으로 운용되는(collectively operating) 각각의 양식장들(10) 및 수확 또는 보충(replenishing) 시스템을 포함한다. 수확 또는 보충 시스템은 한 개 이상의 통신과 제어 스테이션들(28) 및 도시된 실시예에 있는 큰 어선단들(fishing fleets)에서 사용되는 가공선들(processing ships)과 유사할 수 있는 한 개 이상의 수확 스테이션들(30)을 포함 할 수 있다. 수확 스테이션들은 각각의 양식장들이 미리 정해진 시간 간격으로 모일 수 있는 중앙 집중화된 장소들(centralized locations)에 남아있거나 그러한 장소들로 이동할 수 있다. 양식장들의 미리 지정된 코스들은 수확 스테이션(들)에서 나오고, 다시 수확 스테이션으로 돌아가는 순회를 초래하도록 예기된다. 순회 운항들을 위한 운항 계획은 보조 해양 해류 데이터를 포함 할 것이고 각각의 양식장들에 있는 제어 시스템들 및/또는 중앙 집중화된 제어 스테이션으로부터의 입력에 의해 여행하는 동안 다시 산출될 것이다. 밧줄 망들에 부착된 식물들은 획득한 바이오매터(biomatter)와 함께 수확되고, 가공되고 그리고/또는 운반되기 위해 수확 스테이션으로 전송된다. 만약 망에 있는 식물의 부착된 부분과 몸통 부분을 손상시키지 않는 수확 방법들이 사용되면, 양식장은 다음 성장주기(growth cycle)를 위해 미리 지정된 운항 스테이션으로 돌아간다. 만약 수확하는 단계가 망으로부터 성장한 식물들이 완전히 제거되면, 미성숙 식물인 '실생묘(seedling)'를 망에 부착시키므로써, 수확 스테이션은 양식장을 '이식(replant)'한다. 이에, 양식장은 식물을 새로이 양식하기 위해 운항을 시작한다.
그 후 수확 스테이션은 짐을 하적항구(off-loading port)(32)로 운항하거나, 소정의 운반선들(34)이 운송용 수확 스테이션에서 하적항구(32)로 바이오매스(bio-mass)를 하적한다. 생성된 바이오매스는 이에 에너지 공급원료 또는 식량으로 가공처리 될 수 있다.
도 5는 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 규정된 시스템의 양식장 구성 요소의 운용을 위한 흐름도를 제공한다. 502 단계에서 양식장 각각은 미리 지정된 운용 운항 패턴으로 자가 위치(self-position)한다. 대부분의 경우에 있어서, 운항 패턴은 운항을 용이하게 하기 위해서 자연적으로 발생하는 해류의 도움을 얻기 위해 대규모의 외양의 해류 순회 패턴(open-ocean circulation pattern)들을 따른다. 504단계에서 양식장들은 야간에 보트 각각의 밸러스트 탱크들에 물이 들어가게 하여 잠수를 하게되고, 이에 따라 시스템 전체는 약간의 음성부력을 가지게 된다. 만약 장비가 갖춰졌다면, 분포된 부표들 안에 있는 밸러스트 탱크들 또한 음성부력을 갖게 될 것이다. 양식장은 경계를 지나 영양분이 풍부한 층으로 진입한 것으로 감지(예를 들어 온도, 염도, 또는 물의 밀도 측정들에 의해)할 때까지 잠수한다(단계 506). 양식장은 이러한 경계 바로 아래에 머무르기 위해 야간시간 동안 부력을 조절해서(단계 508), 양식장 지지구조에 맞물려있는 식물들이 영양분들을 흡수하도록한다. 잠수해 있는 동안의 항해는 보트 선체의 정밀한 위치를 갖도록, 또한 주로, 용골은 한 층에 있고 돛대와 돛은 인접한 층에 떠올라 있도록 하기 위해 해심 제어부를 사용하여 이루어 질 수 있다. 층들에 의해 만들어진 상대적 움직임과 전단력은 망 내의 장력을 위해 예인 및 리액션 보트들의 위치를 유지하기 위한 추진력 및 상기 서술된 임시적 추진 모터들을 대체하거나 보충하기 위한 양식장 전체의 방향성 움직임을 제공한다. 새벽 즈음(클럭과 대략의 경도 정보에 기반함)에는 저장된 에너지(일례로, 압축된 공기 또는 배터리)를 사용해서 보트들을 뜨게 하기 위해 밸러스트 탱크들로부터 소정의 물을 빼낸다(단계 510). 만약에 장비가 갖춰졌다면, 다시 한 번 분포된 부표들은 동일한 방법으로 양성부력을 갖게 된다.
양식장이 수면 가까이로 올라오면, 다가오는 배들과 같이 양식장을 손상시킬 수 있는 대립 해양 시스템(conflicting ocean system)의 존재 가능성을 (음향 감지부에 의해) 감지하고(단계 512), 또한 이와 같은 대립하는 타겟(target)이 지나갈 때까지 안전한 해심에 잠수해 있는다(단계 514). 양식장 모서리들에 있는 로봇 보트들 사이 음향 데이터의 도착 위상(phase of arrival)을 비교함으로써, 정확한 방향 정보가 얻어질 수 있다. 만약 다가오는 배가 일정한 방향으로 오고 있다면, 그것은 충돌 코스에 있는 것이다. 유사한 음향 감지 및 파고(wave height) 감지는 돛이나 다른 장비들을 손상시킬 수 있는 수면에 거센 폭풍이 있는지 체크하는데 사용될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 중앙 양식장 제어 스테이션(28)은 양식장들이 잠수 상태로 있어야 되는 것을 알 수 있도록 양식장들에게 수 일 전에 폭풍들에 대해 예보할 수 있다. 다가오는 배들이 없고 예측된 바람들이 수용가능하다는 가정 하에, 양식장은 일출 때 쯤 수면으로 부상(浮上) 할 것이다. 돛의 끝부분이 먼저 수면을 관통해서, GPS 수신 안테나, 풍속과 방향 센서들, 및 통신 안테나를 노출시킨다. 만약, 측정된 풍속이 음향적으로 추산된 속도보다 상당히 크고, 안전하지 못한 수치에 있을 경우, 로봇 보트들은 돛 전체를 바람에 노출시키지 않고 다시 잠수 할 수 있다. 만약 풍속과 파고가 안전한 수치에 있을 경우, 돛 전체를 바람에 완전히 노출시키기 위해 밸러스트 탱크들이 배수될 수 있다. 돛, 용골, 또는 장력선(tension line)에 과도한 힘이 가해지지 않도록 바다에서 나오면서 올바른 방향으로 돛이 향하게 하기 위한(단계 518) 기어 드라이브를 활성화시키기 위해 제어 컴퓨터가 풍향 센서를 사용한다. 보트들에 있는 GPS 센서들은 양식장의 정밀한 위치 및 배향을 판단 할 것이다(단계 520). 통신 안테나들은 양식장 제어 센터와 정보가 교환될 수 있도록 하는데(단계 522), 교환되는 정보에는, 이로 한정하는 것은 아니지만, 양식장의 상태 및 위치, 로그된(logged) 물기둥(water column) 센서 데이터, 또한 양식장 돛대 꼭대기들에서의 이미지들의 수신 및 업데이트된 일기 예보, 해류 예보, 지역에 있는 큰 배들의 예상된 움직임들, 수확 집합 시간 및 장소에 관한 업데이트들 등의 송신이 포함된다. 보트들은 낮 동안 양식장의 운항을 (돛과 용골 사이의 각도를 바꿈으로써)조종하기 위해, 원하는 해류 순환로(ocean circulation)에 머무르고, 원하는 시간에 수확 지점에 다다르기 위해 풍속과 방향을 모니터 할 것이다(단계 524). 로봇들은 또한 다가오는 배들을 감지하기 위해 (음향 포함 그리고 아마도 레이더 수신기와 함께)센서 데이터를 취득할 것이다. 이에 회피 잠수(evasive submersion)(단계 526)가 수행 될 수 있다. 만약 풍속들 또는 파고들이 위험한 수치까지 오르면, 양식장은 잠수할 것이다. 어떤 경우에도 결국에는 양식장은 잠수 할 것이고 이러한 과정은 되풀이 될 것이다. 예상되는 부상(浮上)(ascent) 또는 침하(沈下)(descent) 속도는 대략 0.1 m/s 정도가 될 것이다. 이에 300미터를 잠수하거나 부상할 때에는 한 시간 가량 걸릴 것이다. 미리 정해진 운항 패턴의 끝에는 양식장이 수확 스테이션과 만나거나 수확 스테이션까지 운항 할 것이다(단계 528).
본 명세서에 개시된 예시적 실시예로는, 양식장 전체가 해양의 주요 순환 와동류(circulation eddies)에 머무를 수 있고, 수확 지점들로 운항하기 위해 아마도 0.1 m/s의 속도를 가진 탁월 해류(卓越海流)(prevailing current)에 대하여 직각으로 기동되야 할 필요가 있다. 이러한 시스템을 위해서 2.0의 항력 계수(drag coefficient), 1026 kg/m3의 물 밀도, 및 0.1 m/s(0.2 노트(knots))의 전형적인 속도가 가정된다. 측면 각각의 길이가 S인 정사각형의 양식장으로 가정하면, 양식장의 면적은 S2이 된다. 만약 각각의 식물이 10 m2의 영역을 덮으면, P 개의 식물들을 가진 양식장은 10P=S2 또는 S=3.2P1 /2 미터의 길이의 측면을 가진다. 이에 양식장은 3.2P1/2 미터의 폭과 대략 1 미터의 깊이(예를 들어, 태양광이 흡수되는 동안 수면이나 수면 가까이에 망이 부상해 있음)를 가진다. 전방 면적(frontal area)은 3.2P1/2m2이고, 이에 양식장에 가해지는 항력은
Figure 112010051842779-pct00001
뉴턴(Newtons)이다.
외양 위의 전형적인 풍속은 대략 8 m/s (16노트)이다. L 길이를 가진 날개는 대략 L2/2의 유효 단면적(effective cross section)을 가진 기류를 편향(deflect)시킨다. 이에 해면(sea level)에서의 공기 밀도(ρ)가 1.29 kg/m3일 경우, 날개에 의해 생성된 힘은
Figure 112010051842779-pct00002
이다(여기서 L의 단위는 미터이고 F의 단위는 뉴턴임). 따라서 P 개의 식물들을 0.2 노트의 평균 속도로 끄는(pulling) 작업은 32.8P1 /2 뉴튼의 힘을 요구해서, 대략 0.91P1 / 4 의 높이(L)를 가진 두 개의 돛을 필요로 한다. 따라서, 필요한 돛의 높이는 대략 양식장에 있는 식물들 수의 네제곱근과 비례한다. 돛대와 돛의 비용이 가장 많이 들 때는 높이의 세제곱까지 들기 때문에(모든 면적들을 균등하게 스케일링하고, 비용이 무게와 비례하는 것으로 가정함), 큰 양식장들에게는 유리하다. 5 미터의 돛대와 돛을 장착한 예인 보트들에 (상업적 요트 공급회사의 데이터에 따르면)몇 천 달러의 비용이 들 수 있고, 1%의 효율로 태양광을 변환시키는 대략 930 개의 식물들을 포함한 양식장을 지원하여 에너지 가치에 있어서 매년 $7,800의 총수입(gross revenue)(식량 또는 가축 사료로 팔면 더 높음)을 생산할 수 있다. 10 미터의 돛대와 돛은 $10,000을 조금 넘는 비용이 들고, 에너지 가치에 있어서 매년 $123,000의 총수입을 가져오는 14,600 개를 넘는 식물들을 수용하는 양식장을 지원할 수 있다.
0.1 m/s의 속도로 양식장을 수직적으로 옮기기 위해서는 동일한 속도로 양식장을 수평적으로 예인하기 위한 힘보다 더 큰 (뉴턴 단위의)부력이 요구될 것이다. 이는 양식장이 잠수 및 부상 운항 동안에 전방 면적(frontal area)보다 더 큰 면적에 노출되기 때문이다. 만약 식물들의 항력이 주를 이루고 식물들 각각이 수평적 움직임의 방향으로 1 m2의 면적을 드러내는 것으로 가정하면, 양식장 전체의 면적이 P 일 때,
Figure 112010051842779-pct00003
뉴턴의 부력이 요구된다. 930 개의 식물들을 수용하는 양식장(배들 각각 5 미터의 돛대를 가짐)은 부력을 필요에 따라 조절하기 위해 각각의 네 모서리에 있는 보트들은 ±0.24m3의 부피를 가진 밸러스트 탱크를 구비하도록 요구한다. 식물들의 수가 증가함에 따라 밸러스트 탱크들의 부피가 선형적으로 증가하지만, 보트들의 크기는 오히려 그 보다 천천히 증가하기 때문에, 밸러스트 탱크의 부피가 보트들의 적합한 부피를 차지하는 최적지점(optimum point)이 있다. 최적 식물 수 보다 더 많은 식물들을 가진 양식장들은 그에 따라 필요한 큰 밸러스트 탱크들을 수용하기 위해서 (돛의 크기와 비교했을 때) 특대형 선체를 가진 보트들을 필요로 하게 될 것이다.
도 6은 양식 시스템에 있어서 예인 및 리액션 보트들의 다른 구성을 도시한다. 보트(602)는 배터리 저장 시스템(606)에 의해 전기적으로 구동되는 재래식 프로펠러(propeller) 또는 제트 드라이브 추진부(jet drive impulsion)(604)를 사용하여 작동한다. 태양전지 어레이(solar array)(608)는 보트의 상위 갑판(upper deck)에 위치하여 추진력과 시스템 전체의 에너지 저장 요건들을 충족시키기 위해 충분한 전력을 공급한다. 망의 모서리들에있는 1 m2의 유효 단면적을 가진 각각의 네 개의 프로펠러들을 사용해서 상기에 설명된 바와 같이 32.8P1 /2 뉴턴의 힘을 생산하기 위해 각각의 프로펠러는
Figure 112010051842779-pct00004
의 제트 속도를 생산해야 한다. 이는 930 개의 식물들을 가진 양식장에게는 대략 0.5 m/s의 제트 속도를 의미한다. 각각의 제트는 파워는 (100%의 효율로 변환되었을 때)대략 62 W의 파워를 출력한다. 예인선(曳引船)(tugboat)의 큰 프로펠러들이 보통의 파워로 큰 배들을 천천히 움직이기에 충분한 것 처럼, 더 큰 프로펠러들은 주어진 추진력 레벨을 생산하기 위해 더 적은양의 파워를 필요로 할 것이다. 도 6에 도시된 구성이 이러한 추진력을 지속적으로 생산해야하는 것으로 가정하고, (예를 들어)1/3의 경우에만 사용가능한 태양력 에너지를 사용할 때, 태양전지 어레이는 (930 개의 식물들을 가진 양식장을 위해)적어도 200W의 최대 파워(peak power)를 출력하고 배터리들은 대략 2000Wh의 용량을 가져야한다. 여러 가격대에 있는 현재의 상업적 기술들에 따르면, 200W를 출력하는 태양전지 어레이는 1m2 내지 3m2의 면적을 가지고, 배터리들은 대략 20 내지 100 kg의 무게를 가진다.
다른 실시예들에 있어서, 요트 또는 태양력 프로펠러가 아닌, 해저(subsurface) 프로펠러에게 동력을 제공하는 풍력 발전용 터빈(wind turbine) 또는 파발생기(wave generator)를 사용하는 풍력 또는 파력에 의해 구동되는 보트들이 예인 및 리액션 보트들로 사용될 수 있다.
식물 지지망과 잠수할 수 있는 예인 및 리액션 보트들이 있는 예인 시스템은 날씨와 교통을 피하는 데 사용될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예는 보트들에서부터 연장가능한 연관된 지지부들을 구비한 식물 지지망에 있는 제어된 잠수 시스템을 제공한다. 이러한 실시예는 도 7에 도시된다. 예인 보트(702) 및 리액션 보트(704) 각각은 식물 지지망(710)에 부착된 윈치(winch)(706) 및 케이블(708)을 구비한다. 부표들(712)은 영양분이 충분한 층들로 잠수하기 위해 요구되는 지지망의 부력을 유지하기 위해 밸러스트 탱크들(714)을 포함한다. 잠수하기 위해 밸러스트 탱크들을 채울때 사용되는 컴퓨터 제어식 밸브들(716)과 한 개 이상의 보트들에 있는 여압원(pressurization source)으로부터의 공기 압축 선들(718)은 밸러스트 탱크들에서 물을 수면으로 방출시키기 위해 제공된다. 망에 있는 센서들(720)은 밸러스트의 제어를 위해 층 구성정보에 관한 통신을 컴퓨터(722)에게 제공한다.
특허법령이 요구하는 바에 따라 본 발명을 상세하게 서술하였으므로, 당업자는 본 명세서에 기재된 특정 실시예들의 변경물과 대체물을 인지할 것이다. 이러한 변형물들은 하기 청구항들에서 규정된 바와 같이 본 발명의 범위와 의도 내에 있다.

Claims (18)

  1. 로봇 해양 양식장에 있어서,
    식물 지지망(10); 및
    수확 위치로부터 오며 수확위치로 돌아가는 미리 정해진 경로 상에 있는 외양(外洋)에서 상기 식물 지지망의 운항을 위한 수단(302)과 상기 식물 지지망에 달린(attached) 식물들을 햇빛에 노출시키는 제 1의 수면 위치 및 영양분이 풍부한 층에 있는 상기 식물들이 영양분을 얻을 수 있게 하는 제 2의 잠수 위치에 상기 식물 지지망의 위치를 변경하기 위한 수단(318)을 가진 잠수형 예인 시스템(submersible towing system)(20, 22, 24, 26)을 포함하며,
    상기 잠수형 예인 시스템은
    지지망(support grid)(12, 14, 16)의 둘레 전방(forward periphery)에 연결된 적어도 하나의 예인 보트(tow boat)(20, 22) 및
    상기 지지망의 둘레 후방(aft periphery)에 연결된 적어도 하나의 리액션 보트(reaction boat)(24, 26)를 포함하고,
    각각의 상기 예인 보트들은 상기 지지망의 운항을 위한 추진 시스템(propulsion system)(302)을 포함하고, 상기 지지망의 상기 둘레 전방에 있는 측면 장력(lateral tension)을 유지하고,
    각각의 상기 리액션 보트들은 상기 지지망의 둘레후방에 있는 측면 장력을 유지하기 위한 추진 시스템(302)을 포함하고, 상기 지지망에 있는 길이방향 장력을 유지하기 위해 상기 예인 보트들과 협력하여 움직이는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식장.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 예인 보트(20,22)는
    방향성 추력(directional thrust)에 대한 공기역학(aerodynamic)적 및 유체역학(hydrodynamic)적 전단력(shear force)을 위해 조절 가능한 돛(sail)(302) 및 용골(龍骨)(keel)(306)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식장.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 리액션 보트(24, 26)는
    방향성 추력에 대한 공기역학적 및 유체역학적 전단력을 위해 조절 가능한 돛(302) 및 용골(306)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식장.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 예인 보트 및 상기 적어도 하나의 리액션 보트 각각은 다른 보트들과의 통신수단(344)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식장.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 잠수형 예인 시스템은
    상기 지지망을 잠수시키기 위한 밸러스트 탱크들(ballast tanks)(318)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식장.
  7. 로봇 해양 양식 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 지지망(12, 14, 16);
    외양에서 상기 적어도 하나의 지지망을 미리 정해진 경로로 운항하기 위한 수단(20, 22, 24, 26)과 식물들을 햇빛에 노출시키는 제 1의 수면 위치 및 상기 식물들이 영양분을 얻을 수 있게 하는 제 2의 잠수 위치에 상기 적어도 하나의 지지망의 위치를 변경하기 위한 수단(318)을 가진 잠수형 예인 시스템; 및
    상기 지지망과 상호작용하기 위한 미리 정해진 지점에 위치할 수 있는 수확 스테이션(harvesting station)(30)을 포함하며,
    상기 잠수형 예인 시스템은
    상기 지지망의 둘레 전방의 반대편 영역에 연결된 적어도 두 개의 예인 보트들(20, 22);
    상기 지지망의 운항을 위한 추진 시스템(302)을 포함하고 상기 지지망의 상기 둘레 전방 내에서 측면 장력을 유지하는 각각의 상기 예인 보트들;
    상기 지지망의 둘레 후방의 반대편 영역에 연결된 적어도 두 개의 리액션 보트들(24, 26); 및
    상기 지지망의 상기 둘레 후방 내에서 측면 장력을 유지하기 위한 추진 시스템(302)을 포함하고 상기 지지망에 있는 길이방향 장력을 유지하기 위해 상기 예인 보트들과 협력하여 움직이는 각각의 상기 리액션 보트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 예인 보트들 각각은
    방향성 추력에 대한 공기역학적 및 유체역학적 전단력을 위해 조절 가능한 돛(302) 및 용골(306)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 시스템.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 리액션 보트들 각각은
    방향성 추력에 대한 공기역학적 및 유체역학적 전단력을 위해 조절 가능한 돛(302) 및 용골(306)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 시스템.
  11. 로봇 해양 양식 방법에 있어서,
    지지망 및 외양에서 상기 지지망의 운항을 위한 수단 및 식물들을 햇빛에 노출시키는 제 1의 수면 위치 및 상기 식물들이 영양분을 얻을 수 있도록 하는 제 2의 잠수 위치에 상기 지지망을 위치시키기 위한 수단을 가진 잠수형 예인 시스템을 제공하는 단계;
    상기 지지망을 미리 정해진 운용 운항 패턴(operating sailing pattern)으로 위치시키(positioning)는 단계;
    영양분이 풍부한 층의 경계를 관통할 때까지 물이 보트 각각의 밸러스트 탱크들에 들어가도록 함으로써, 상기 지지망에 맞물려 있는 상기 식물들이 상기 영양분을 흡수하도록 하기 위해 야간시간 동안에 상기 지지망을 잠수시키는 단계;
    새벽즈음에 상기 지지망을 수면으로 부상(浮上)시키는(surfacing) 단계; 및
    상기 지지망에 있는 상기 식물들이 광합성 작용을 하도록 상기 수면에서 상기 지지망을 운항하는 단계를 포함하며,
    상기 잠수형 예인 시스템은
    방향성 추력에 대한 공기역학적 및 유체역학적 전단력을 위해 조절 가능한 돛 및 용골을 가진 적어도 두 개의 예인 보트들을 포함하고,
    상기 잠수시키는 단계 후에는
    잠수해 있는 동안 해심 제어부에 의해 상기 예인 보트들의 선체들의 정밀한 위치(placement)를 가지며, 상기 예인 보트들이 잠수시 같은 수심을 유지하도록 상기 용골은 한 층에 있고, 상기 돛은 인접한 층에 떠올라 있도록 하는 상기 운항하는 단계가 따르는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 운항 패턴은
    대규모의 외양 해류 순환 패턴들(open-ocean circulation patterns)을 따라감으로써, 자연적으로 발생하는 해류로부터 도움을 얻어 상기 지지망 및 잠수형 예인 시스템의 운항(voyage)를 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 잠수시키는 단계 후, 상기 영양분이 풍부한 층의 경계 아래에 머무르도록 부력을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 방법.
  14. 삭제
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 수면으로 부상시키는 단계는
    양식장이 수면에 다다를 때 다가오는 배들과 같은 상기 지지망 및 예인 시스템을 손상시킬 수 있는 대립 해양 시스템들의 가능성을 감지하는 단계; 및
    상기 대립 해양 시스템이 지나갈 때 까지 안전한 깊이에 잠수하고 있는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 잠수형 예인 시스템은
    복수의 로봇 보트들을 포함하고,
    상기 로봇 보트들 각각은 음향 감지기를 가지고,
    상기 잠수형 예인 시스템은 상기 대립 해양 시스템들의 가능성을 감지하는 단계의 일부로 상기 대립 해양 시스템의 정확한 방향 정보를 위해 상기 지지망의 모서리들에 있는 상기 로봇 보트들의 음향 데이터의 도착 위상을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    수면으로 부상시키는 단계의 일부는
    돛의 끝부분으로 상기 수면을 관통하는 단계;
    풍속 및 풍향 센서들을 노출시키는 단계;
    측정된 풍속이 안전하지 못한 레벨에 있을 경우, 상기 돛 전체를 바람에 노출시키지 않고 다시 잠수하는 단계;
    상기 풍속이 안전한 경우, 상기 돛 전체를 바람에 노출시키는 단계; 및
    상기 돛, 상기 용골, 또는 상기 지지망에 과도한 힘이 적용되지 않도록 상기 돛이 물에서 나올 때 상기 돛을 올바른 방향으로 향하도록 하는 기어 드라이브(gear drive)를 활성화시키기 위해 제어 컴퓨터를 통해 상기 풍향 센서를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 잠수형 예인 시스템은
    상기 지지망의 둘레 후방의 반대편 영역들에 연결된 적어도 두 개의 리액션 보트들을 더 포함하고,
    상기 로봇 해양 양식 방법은
    상기 리액션 보트들을 사용해서 상기 지지망의 상기 둘레 후방 내에서 측면 장력을 유지하는 단계; 및
    상기 지지망에 있는 길이방향 장력을 유지하기 위해 상기 예인 보트들과 협력하여 움직이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 해양 양식 방법.
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