Robots in the World: Underwater Bots Advancing Marine Research

Our Robots in the World series tarkastelee suuria ja pieniä tapoja, joilla robotiikka, automaatio ja tekoäly muuttavat elämäämme. Olemme jo tutkineet, miten ihmiset tekevät yhteistyötä robottien kanssa tehdäkseen sairaalakäynneistä turvallisempia ja vähemmän pelottavia.

valtameri on oiva paikka aloittaa robottiteknologian kehityksen opettelu. Robotit suorittavat erilaisia tehtäviä kalojen nostamisesta haaksirikkojen analysointiin ja auttavat meribiologeja, vesiinsinöörejä, maisemankehittäjiä ja jopa poliisia tekemään työnsä paremmin.

Jatka lukemista oppiaksesi kaikista tavoista, joilla robotit auttavat merentutkimuksessa ja tutkimisessa.

miksi merentutkimus on tärkeää?

ottaen huomioon, että meri on ollut osa ihmiselämää aikojen alusta asti, tiedämme yllättävän vähän sen vuorovesistä, ympäristöstä ja elämänmuodoista, joita se ylläpitää. Vuonna 2013 Schmidt Ocean Institute raportoi, että emme ole edes kartoittaneet täysin maapallon merenpohjaa. Vain 5-15 prosenttia merenpohjasta on kartoitettu perinteisin menetelmin.

“tiedämme yhä enemmän yksityiskohtia Marsin pinnasta”, ympäristöjournalisti Starre Vartan kirjoittaa Mother Nature Networkissa. “Punaista planeettaa on kartoitettu huolellisesti kiertävillä satelliiteilla viimeisten 15 vuoden aikana; sen karttaresoluutio on 20 metriä (66 jalkaa). Mutta meren resoluutio … on parhaimmillaan noin 5 kilometriä (tai 3,1 mailia).”

meren ymmärtäminen on monumentaalinen tehtävä, eivätkä ahkerimmatkaan tutkijat pysty tekemään lommoa tietoaukkoihimme. Siksi he turvautuvat robotteihin kerätäkseen dataa. Kerätyn tiedon lisääntyessä tutkijat voivat ryhtyä ongelmanratkaisijoiksi pitääkseen valtameremme terveinä ja ratkaistakseen yhteiskunnallisia kysymyksiä.Koralli-tutkimusta helpottavat

Merenneitorobotit

Stanfordin yliopiston tietojenkäsittelytieteilijät kehittivät hiljattain Oceanonen, humanoidisen sukellusrobotin, joka matkaa hylyille ja koralli-riutoille liian syvälle ihmisille.

robotti luotiin kuromaan umpeen kuilu ihmissukeltajien ja syvänmeren alusten välillä, Bjorn Carey Stanfordin yliopistosta kertoo. Nykyisissä sukellusveneissä ei ole ihmissukeltajien taitoa; ne eivät voi hienovaraisesti kerätä näytteitä ja niitä on vaikea ohjailla, ellei ole perehtynyt niiden joystickeihin. Sukellusveneillä on melkein helpompaa rikkoa esineitä kuin kerätä niitä. Careyn mukaan OceanOne on enemmänkin robo-merenneito, jolla on ihmismäiset kädet ja kasvot, mutta häntä akkuineen ja työntövoimineen.

” vaikka ihmissukeltajaa rajoittavat ärsyttävät asiat kuten ilma ja paine tehdessään vedenalaista tutkimusta tai kaivauksia, robotti voi pysyä veden alla paljon kauemmin ja kerätä näytteitä vihamielisissä vedenalaisissa ympäristöissä”, Mary Beth Griggs Popular Sciencestä kirjoittaa.

hän kertoo, että tutkijat voivat tuntea tarkalleen, mitä robotti tekee, eli he voivat ymmärtää, onko sillä oikea ote esineeseen vai onko sillä vaikeuksia käsitellä esineitä. Tutkijat kokevat olevansa sukelluksessa ja pitelevänsä esineitä, vaikka ne olisivat satojen metrien korkeudella hylystä.

Robokalat suojelevat merisatamia ja tarkistavat infrastruktuuria

humanoidit eivät ole ainoita vedenalaiseen etsintään luotuja robotteja. Robottieläimet auttavat ihmisiä suojaamaan vilkkaita satamia ja nappaamaan rikollisia. Esimerkiksi Boston Engineering kehitti Bioswimmerin, tonnikalan muotoisen robotin, joka toimii kuin oikea kala ja sulautuu merielämään tutkiessaan satamia, laitureita ja aluksia.

tämä robotonnikala voi uida jopa 46 mph, ja sitä käytetään salakuljetettujen tavaroiden havaitsemiseen, jotka on usein varastoitu laivojen runkoihin. Yhdysvallat. Rannikkovartiosto sekä Tulli-ja Rajavartiolaitos tietäisivät tarkkaan, mitä aluksia kannattaa etsiä ja missä. Robotonnikala voidaan aseistaa räjähteillä, joita käytetään estämään terrori-iskuja tai vedenalaisia sotilaallisia uhkia.

monet kehittäjät käyttävät kalanmuotoisia robotteja tutkimustyössään. Envirotechin tiimi raportoi toisesta robokalasta, jonka tarkoitus on torjua vesien saastumista. Kemialliset sensorit havaitsevat saastumisen ja lähettävät tiedon tutkijoille. Sen sijaan, että ihmiset keräisivät satoja näytteitä, robokala voi tehdä tuhansia merkintöjä ja maalata paremman kuvan veden terveydestä.

uteliaat robotit tutkivat uutta elämää tai mielenkiintoisia Valtamerellisiä piirteitä

yksi robottien ja ihmisten olennaisista eroista on uteliaisuus. Robotti voisi tarkistaa vesinäytteet tai tietyt eläinpopulaatiot, mutta ihmiset huomaisivat oudon uuden eliön tai tutkisivat työtehtäviensä ulkopuolella. Tämä alkaa muuttua.

yksi Woods Hole-Merentutkimuslaitoksen tutkimusryhmistä on alkanut käyttää” uteliaita ” robotteja, jotka sukeltavat tutkijoiden kanssa ja ottavat kuvia kiinnostaviksi kokemistaan asioista. Eräs robotti lähetti takaisin kuvia, jotka näyttivät punaiselta fuzzilta vähähappisella vyöhykkeellä, mikä sai tutkijat lähettämään robotin takaisin oppimaan lisää. Tutkijat huomasivat, että kyseessä oli rapuparvi, jota ihmiset eivät ehkä olisi huomanneet ilman robottiavustusta.

kun roboteista tulee vapaamielisempiä ja ne pystyvät tutkimaan uteliaita poikkeamia, tutkijat voivat lähettää niitä kaukomatkoille. Esimerkiksi Monterey Bay Aquarium Research Institutella on laivasto lennokkirobotteja, jotka eivät koskaan väsy ja selviä hain puremista vaeltaessaan merillä keräämässä dataa.

yhdessä seurantatietopisteiden, kuten suolaisuuden, lämpötilan ja happipitoisuuden kanssa nämä lennokit kartoittavat myös merenpohjaa matkallaan.

autonomiset tutkimusalukset voivat kerätä tietoa ympäri vuoden

yhdessä pienimuotoisten autonomisten tutkimusrobottien kanssa tutkimuskehittäjät pyrkivät luomaan autonomisia aluksia keräämään dataa ja lähettämään sen takaisin tutkijoille. Mayflowerin autonominen tutkimusalus on vain yksi esimerkki tästä. Britanniassa kehitetty alus on tarkoitus lanseerata vuonna 2020 maailman ensimmäisenä autonomisena puhtaan energian aluksena.

samoin kuin ihmissukeltajia rajoitetaan, tutkimusaluksilla olevat ihmiset luovat omat rajoituksensa:

• ne vievät tilaa petivaatteilta, keittiöiltä ja vessoilta.
• ne rajoittavat sitä, mitä voidaan tutkia tutkimuksen painopisteen perusteella.
• heillä on rajoitetusti tietoa siitä, kuinka kauan he voivat oleskella laivassa ennen kuin heidän on palattava kotiin järjestönsä ja perheidensä luo.

autonomisella aluksella rajattomia datapisteitä voidaan kerätä jatkuvasti ja jakaa tutkijoiden kanssa ympäri maailmaa.

“vaikka teknologian kehitys on nostanut maa-ja ilmaliikenteen älykkään autonomian uusille tasoille, merellä on ollut erilainen tarina”, Msubsin toimitusjohtaja Brett Phaneuf sanoo Shuttleworth Design-yhtiössä, joka on voimanjahteja valmistava yritys, joka tekee yhteistyötä sekä Msubsin että Plymouthin yliopiston kanssa.

” jos voimme laittaa Mönkijän Marsiin ja antaa sen itsenäisesti tehdä tutkimusta, miksi emme voi purjehtia miehittämättömällä aluksella Atlantin valtameren yli ja lopulta maapallon ympäri?”

Robottiplankton matkii meren elämää

UC San Diegon Scripps Institution of Oceanography-tutkimuslaitoksen tutkijat kehittivät vedenalaisia robotteja, jotka toimivat planktonin tavoin. Tavoitteena oli simuloida planktonin liikkeitä laboratoriossa, jotta voitaisiin paremmin ymmärtää merivirtoja (ja miten planktonia työnnetään ympäriinsä) sekä näiden kiehtovien eliöiden käyttäytymistä.

Scripps-instituutti lähetti 16 greipin kokoisen robotin parven valtamereen tavoitteenaan seurata, miten ne liikkuvat ja reagoivat toisiinsa.

“nyt kun ne on rakennettu ja testattu, nämä parveilevat sensorit voitaisiin laittaa kaikenlaiseen käyttöön”, tiedekirjoittaja Amina Khan LA Timesissa kirjoittaa. “Öljyvuotojen ja punaisten vuorovesien seurannasta muiden merieläinten käyttäytymisen tutkimiseen – esimerkiksi kuuntelemalla valaiden kutsuja tai seuraamalla eläimiä, jotka alkavat toukkina rannoilla tai niiden läheisyydessä ja joiden monimutkaiset elinkaaret pakottavat ne liikkumaan meressä tavoilla, joita tutkijat eivät vielä täysin ymmärrä.”

aaltoenergia tarjoaa puhtaita ja käytettävissä olevia voimanlähteitä

noin 70 prosenttia maailmasta on veden peitossa. Jos löytäisimme keinon aaltoenergian valjastamiseksi, yleinen riippuvuutemme fossiilisista polttoaineista ja muista ympäristöä vahingoittavista resursseista vähenisi merkittävästi.

Liquid Roboticsin tiimi kehitti vastikään aaltoliitäjän, joka näyttää melontalaudalta tai lautalta. Tämä robotti käyttää potkuri-ja propulsiojärjestelmänsä voimanlähteenä energiaa meren pinnasta ja aurinkopaneeleista. Se on liikkuva ja pystyy navigoimaan meriolosuhteissa, kuten hurrikaaneissa, korkeissa virtauksissa ja lamaannuksissa.

tämä lautta on toinen esimerkki pienimuotoisesta autonomisesta tutkimusaluksesta. Sensorit keräävät tietoa erilaisista valtamerten tekijöistä ja lähettävät sen takaisin tutkijoille, jotta he ymmärtäisivät paremmin valtamerten olosuhteita ja tietoa.

Aaltoliitäjä ei ole ainoa ensisijaisesti aaltovoimaa käyttävä työkalu. Business Greenin varatoimittaja Madeleine Cuff kirjoittaa, että startupit haluavat kehittää ihmisen koralli, joka voi kerätä meren aaltoja samalla murtaa mahdollisesti tuhoisia aaltoja.

“saarten ja rannikkoyhteisöjen vakuuttaminen ottamaan riski kalliin uuden merenkulun energiateknologian pilotoinnissa-erityisesti silloin, kun aurinkoenergiaa voidaan käyttää alenevilla kustannuksilla – on paljon vaadittu”, hän sanoo. “Mutta kun rannikkosuojelusta on hyötyä, siinä alkaa olla järkeä.”

ottaen huomioon, että merivirtojen energiatiheys on 800 kertaa suurempi kuin tuulen, mahdollisuudet hyödyntää aaltoenergiaa joko tutkimusrobottien voimanlähteenä tai ympäristön auttamiseksi ovat valtavat.

Vesiviljelyteknologia ruokkii populaatioita tyhjentämättä meriä

monet ympäristötutkijat ovat huolissaan tulevien populaatioiden kestävästä ruokkimisesta, mikä on johtanut vesiviljelyn kehittämiseen. UCLA: n tutkijat arvioivat Next Big Futuren Brian Wangin mukaan, että eri puolilla maailmaa on yli 11 miljoonaa neliökilometriä, jotka soveltuvat kalojen tai simpukoiden vesiviljelyyn. Jos jokainen neliöjalka tästä kehitettäisiin kalanviljelylaitoksia varten, maailma voisi tuottaa 15 miljardia tonnia kalaa vuodessa, mikä on yli 100 kertaa enemmän kuin nykyinen maailmanlaajuinen merenelävien kulutus.

tämä on luonnollisesti epätodennäköistä, koska jokaista tuumaa valtamerestä ei voida muuttaa vesitilaksi. Jos kalanviljelyyn kuitenkin käytetään edes kolme prosenttia, se voisi auttaa meristä riippuvaisia yhteisöjä selviytymään.

vesiviljelyn yleistyminen on pistänyt niin tekniikan asiantuntijoiden kuin biologienkin silmään. Kampachi Farms pyrkii siirtämään vesiviljelyä edelleen avomerellä ja viljelyä avomerellä, mikä tekee siitä turvallisempaa ihmisille ja paikallisille kalapopulaatioille.

järjestö kehitti Velella beetan, 132-kuutiometrisen akvavaatin, joka oli kytketty 65-jalkaiseen kuunariin. Vaikka aquapod saattaa näyttää lapsesi geometriaprojektilta ja siinä kelluu kaloja, tulokset ovat lupaavia. Ensimmäisen kokeen jälkeen kalojen eloonjäämisaste oli 98 prosenttia, ja ne saavuttivat sukukypsyyden noin puolessa odotetusta ajasta.

useimmat merentutkijat ja robotiikan asiantuntijat uskovat, että olemme aivan robottien käytön kärjessä valtamerillä. Lähivuosina robottiteknologian käyttö mullistaa sen, mitä tiedämme vedenalaisista ekosysteemeistä ja auttaa ympäristönsuojelijoita suojelemaan siellä eläviä organismeja.