Robots in the World: Underwater Bots Advancing Marine Research

Unsere Robots in the World-Serie befasst sich mit den großen und kleinen Möglichkeiten, wie Robotik, Automatisierung und künstliche Intelligenz unser Leben verändern. Wir haben bereits untersucht, wie Menschen mit Robotern zusammenarbeiten, um Krankenhausbesuche sicherer und weniger beängstigend zu machen.

Der Ozean ist ein großartiger Ort, um etwas über die Entwicklung der Robotertechnologie zu lernen. Roboter erfüllen eine Vielzahl von Aufgaben, von der Aufzucht von Fischen bis zur Analyse von Schiffswracks, und helfen Meeresbiologen, Wasseringenieuren, Landschaftsentwicklern und sogar der Polizei, ihre Arbeit besser zu machen.

Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Roboter bei der Meeresforschung und -erkundung helfen.

Warum ist Meeresforschung wichtig?

Wenn man bedenkt, dass der Ozean seit Anbeginn der Zeit Teil des menschlichen Lebens war, wissen wir überraschend wenig über seine Gezeiten, seine Umwelt und die Lebensformen, die er unterstützt. Im Jahr 2013 berichtete das Schmidt Ocean Institute, dass wir den Meeresboden der Erde noch nicht einmal vollständig kartiert haben. Nur zwischen fünf und 15 Prozent des Meeresbodens wurden mit traditionellen Techniken kartiert.

“Wir wissen noch mehr Details über die Oberfläche des Mars”, schreibt der Umweltjournalist Starre Vartan bei Mother Nature Network. “Der rote Planet wurde in den letzten 15 Jahren von umlaufenden Satelliten sorgfältig kartiert; seine Kartenauflösung beträgt 20 Meter (66 Fuß). Aber die Auflösung des Ozeans … beträgt bestenfalls etwa 5 Kilometer (oder 3,1 Meilen).”

Den Ozean zu verstehen ist eine monumentale Aufgabe, und selbst die am härtesten arbeitenden Forscher können unsere Wissenslücken nicht schließen. Aus diesem Grund wenden sie sich an Roboter, um Daten zu sammeln. Und wenn die gesammelten Daten zunehmen, können Forscher zu Problemlösern werden, um unsere Ozeane gesund zu halten und gesellschaftliche Probleme zu lösen.

Meerjungfrauenroboter erleichtern die Korallenforschung

Informatiker der Universität Stanford haben kürzlich OceanOne entwickelt, einen humanoiden Tauchroboter, der zu Wracks und Korallenriffen fährt, die für den Menschen zu tief sind.

Der Roboter wurde entwickelt, um die Lücke zwischen menschlichen Tauchern und Tiefseeschiffen zu schließen, berichtet Bjorn Carey von der Stanford University. Bestehende U-Boote haben nicht die Fähigkeiten menschlicher Taucher; Sie können keine Proben sorgfältig sammeln und sind schwer zu manövrieren, es sei denn, Sie sind mit ihren Joysticks vertraut. Es ist fast einfacher, Artefakte mit U-Booten zu brechen, als sie zu sammeln. Carey sagt, OceanOne sei eher wie eine Robo-Meerjungfrau, mit menschenähnlichen Händen und einem Gesicht, aber einem Schwanz mit Batterien und Triebwerken.

“Während ein menschlicher Taucher bei Unterwasserforschungen oder Ausgrabungen durch lästige Dinge wie Luft und Druck eingeschränkt wird, kann ein Roboter viel länger unter Wasser bleiben und Proben in feindlichen Unterwasserumgebungen sammeln”, schreibt Mary Beth Griggs von Popular Science.

Sie berichtet, dass Wissenschaftler genau spüren können, was der Roboter tut, was bedeutet, dass sie verstehen können, ob er ein Artefakt richtig im Griff hat oder ob er Schwierigkeiten hat, mit Gegenständen umzugehen. Wissenschaftler fühlen sich wie auf einem Tauchgang und halten Objekte, auch wenn sie Hunderte von Metern über dem Wrack sind.

Robo-Fische schützen Seehäfen und kontrollieren die Infrastruktur

Humanoide sind nicht die einzigen Roboter, die für die Unterwassererkundung entwickelt wurden. Robotertiere helfen Menschen, geschäftige Häfen zu schützen und Kriminelle zu fangen. Zum Beispiel entwickelte Boston Engineering einen BIOSwimmer, einen thunfischförmigen Roboter, der sich wie ein echter Fisch verhält und sich in das Leben im Meer einfügt, während er Häfen, Piers und Schiffe erkundet.

Dieser Robo-Thunfisch kann bis zu 46 mph schwimmen und wird verwendet, um geschmuggelte Waren zu erkennen, die oft in Schiffsrümpfen gelagert werden. USA. Küstenwache und Zoll- und Grenzschutz wüssten genau, welche Schiffe wo zu suchen seien. Der Robo-Thunfisch kann mit Sprengkörpern bewaffnet werden, um Terroranschläge oder militärische Unterwasserbedrohungen zu verhindern.

Viele Entwickler verwenden fischförmige Roboter, um zu forschen. Das Team von Envirotech berichtete über einen weiteren Robo-Fisch zur Bekämpfung der Wasserverschmutzung. Chemische Sensoren erkennen Verschmutzungen und senden die Informationen an Forscher. Anstatt dass Menschen Hunderte von Proben sammeln, können die Robo-Fische Tausende von Aufzeichnungen machen und ein besseres Bild von der Gesundheit des Wassers zeichnen.

Neugierige Roboter erkunden neues Leben oder interessante ozeanische Merkmale

Einer der grundlegenden Unterschiede zwischen Robotern und Menschen ist Neugier. Ein Roboter könnte Wasserproben oder bestimmte Tierpopulationen überprüfen, aber Menschen würden einen seltsamen neuen Organismus bemerken oder außerhalb ihrer Arbeitsaufgaben erforschen. Das beginnt sich zu ändern.

Eines der Forschungsteams der Woods Hole Oceanographic Institution hat begonnen, “neugierige” Roboter einzusetzen, die mit Forschern tauchen und Fotos von Dingen machen, die sie interessant finden. Ein Roboter schickte Fotos zurück, die wie roter Flaum in einer sauerstoffarmen Zone aussahen, woraufhin die Forscher den Roboter zurückschickten, um mehr zu erfahren. Die Wissenschaftler entdeckten, dass sie ein Schwarm von Krabben waren, etwas, das die Menschen ohne Roboterhilfe übersehen hätten.

Wenn Roboter freier denken und merkwürdige Anomalien erforschen können, können Forscher sie auf entferntere Missionen schicken. Zum Beispiel verfügt das Monterey Bay Aquarium Research Institute über eine Flotte von Drohnenrobotern, die niemals müde werden und Haibisse überleben, während sie durch die Meere streifen und Daten sammeln.

Neben der Verfolgung von Datenpunkten wie Salzgehalt, Temperatur und Sauerstoffgehalt kartieren diese Drohnen auch den Meeresboden während ihrer Reise.

Autonome Forschungsschiffe können das ganze Jahr über Daten sammeln

Zusammen mit kleinen autonomen Forschungsrobotern arbeiten Forschungsentwickler daran, autonome Schiffe zu entwickeln, um Daten zu sammeln und an Forscher zurückzusenden. Das autonome Forschungsschiff Mayflower ist nur ein Beispiel dafür. Das in Großbritannien entwickelte Schiff soll 2020 als weltweit erstes autonomes Schiff mit sauberer Energie starten.

So wie menschliche Taucher begrenzt sind, schaffen Menschen auf Forschungsschiffen ihre eigenen Einschränkungen:

• Sie nehmen Platz mit Bettwäsche, Küchen und Toiletten ein.
• Sie begrenzen, was auf der Grundlage des Forschungsschwerpunkts untersucht werden kann.
• Sie sind darauf beschränkt, wie lange sie auf einem Schiff bleiben können, bevor sie nach Hause zu ihrer Organisation und ihren Familien zurückkehren müssen.

Mit einem autonomen Schiff können ständig unbegrenzte Datenpunkte gesammelt und mit Forschern auf der ganzen Welt geteilt werden.

“Während Fortschritte in der Technologie den Land- und Lufttransport auf ein neues Niveau intelligenter Autonomie gebracht haben, war es auf dem Meer eine andere Geschichte”, sagt Brett Phaneuf, Geschäftsführer von MSubs, bei Shuttleworth Design, einem Hersteller von Motoryachten, der sowohl mit MSubs als auch mit der Plymouth University zusammenarbeitet.

“Wenn wir einen Rover auf den Mars bringen und autonom forschen lassen können, warum können wir dann nicht ein unbemanntes Schiff über den Atlantik und letztendlich um den Globus segeln?”

Robotisches Plankton imitiert das Leben im Ozean

Forscher der Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego entwickelten Unterwasserroboter, die sich wie Plankton verhalten. Ziel war es, Planktonbewegungen im Labor zu simulieren, um Meeresströmungen (und wie Plankton herumgeschoben wird) sowie das Verhalten dieser faszinierenden Organismen besser zu verstehen.

Das Scripps Institute setzte einen Schwarm von 16 grapefruitgroßen Robotern im Ozean ein, um zu verfolgen, wie sie sich bewegen und aufeinander reagieren.

“Jetzt, da sie gebaut und getestet wurden, könnten diese Schwarmsensoren für alle Arten von Anwendungen eingesetzt werden”, schreibt die Wissenschaftsautorin Amina Khan von der LA Times. “Von der Überwachung von Ölverschmutzungen und roten Gezeiten bis hin zur Erforschung des Verhaltens anderer Meerestiere – zum Beispiel durch das Hören der Rufe von Walen oder durch die Verfolgung von Tieren, die als Larven an oder in Küstennähe beginnen und deren komplexe Lebenszyklen sie zwingen, sich auf eine Weise durch den Ozean zu bewegen, die die Forscher noch nicht vollständig verstehen.”

Wellenenergie bietet saubere und verfügbare Energiequellen

Etwa 70 Prozent der Welt sind mit Wasser bedeckt. Wenn wir einen Weg finden könnten, Wellenenergie zu nutzen, würde unsere allgemeine Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und anderen umweltschädlichen Ressourcen erheblich abnehmen.

Das Team von Liquid Robotics hat kürzlich den Wave Glider entwickelt, der wie ein Paddleboard oder Floß aussieht. Dieser Roboter nutzt Energie an der Meeresoberfläche und Sonnenkollektoren, um seinen Propeller und sein Antriebssystem anzutreiben. Es ist mobil und kann Meeresbedingungen wie Hurrikane, hohe Strömungen und Flaute navigieren.

Dieses Floß ist ein weiteres Beispiel für ein kleines autonomes Forschungsschiff. Sensoren sammeln Daten zu verschiedenen Ozeanfaktoren und senden sie an Wissenschaftler zurück, um die Meeresbedingungen und -informationen besser zu verstehen.

Der Wave Glider ist nicht das einzige Werkzeug, das primär Wellenkraft nutzt. Die stellvertretende Herausgeberin von Business Green, Madeleine Cuff, schreibt, dass Startups künstliche Korallen entwickeln wollen, die Meereswellen ernten und gleichzeitig potenziell zerstörerische Wellen abbauen können.

“Insel– und Küstengemeinden davon zu überzeugen, ein teures neues Stück Meeresenergietechnologie zu testen – insbesondere wenn Solarenergie zu immer geringeren Kosten eingesetzt werden kann -, ist eine große Aufgabe”, sagt sie. “Aber mit dem Co-Nutzen des Küstenschutzes beginnt es Sinn zu machen.”

Wenn man bedenkt, dass Meeresströmungen eine Energiedichte haben, die 800-mal größer ist als die des Windes, ist das Potenzial, Wellenenergie zu nutzen, sei es, um Forschungsroboter anzutreiben oder der Umwelt zu helfen, enorm.

Aquakultur-Technologie ernährt Populationen, ohne die Meere zu entwässern

Viele Umweltforscher sind besorgt darüber, zukünftige Populationen nachhaltig zu ernähren, was zur Entwicklung der Aquakultur geführt hat. Laut Brian Wang von Next Big Future schätzen UCLA-Forscher, dass es weltweit über 11 Millionen Quadratkilometer gibt, die für die Aquakultur von Fischen oder Muscheln geeignet sind. Wenn jeder Quadratfuß davon für Fischfarmen entwickelt würde, könnte die Welt 15 Milliarden Tonnen Fisch pro Jahr produzieren, mehr als das 100-fache des aktuellen globalen Fischkonsums.

Dies ist natürlich unwahrscheinlich, da nicht jeder Zentimeter des Ozeans in eine Aquafarm verwandelt werden kann. Wenn jedoch nur drei Prozent für die Fischzucht verwendet werden, könnte dies Gemeinschaften, die auf die Ozeane angewiesen sind, zum Überleben verhelfen.

Der Aufstieg der Aquakultur hat sowohl Technologieexperten als auch Biologen auf sich aufmerksam gemacht. Kampachi Farms arbeitet daran, die Aquakultur vor der Küste und die Landwirtschaft im offenen Ozean weiter zu verlagern, um sie für Menschen und lokale Fischpopulationen sicherer zu machen.

Die Organisation entwickelte die Velella Beta, einen 132 Kubikmeter großen Aquapod, der mit einem 65-Fuß-Schoner verbunden ist. Während der Aquapod wie das Geometrieprojekt Ihres Kindes aussehen könnte, in dem Fische herumschwimmen, sind die Ergebnisse vielversprechend. Nach dem ersten Versuch gab es eine Überlebensrate von 98 Prozent, wobei die Fische in etwa der Hälfte der erwarteten Zeit reif wurden.

Die meisten Meeresforscher und Robotikexperten glauben, dass wir gerade an der Spitze des Robotereinsatzes im Ozean stehen. In den nächsten Jahren wird der Einsatz von Robotertechnologie das Wissen über Unterwasserökosysteme revolutionieren und Umweltschützern helfen, die dort lebenden Organismen zu schützen.