robotar i världen: Underwater Bots Advancing Marine Research

våra robotar i World series tittar på de stora och små sätt robotics, automation och artificiell intelligens förändrar våra liv. Vi har redan tittat på hur människor samarbetar med robotar för att göra sjukhusbesök säkrare och mindre skrämmande.

havet är ett bra ställe att börja lära sig om utvecklingen av robotteknik. Robotar utför en mängd olika uppgifter, från att höja fisk till att analysera skeppsvrak, och hjälper marinbiologer, vatteningenjörer, landskapsutvecklare och till och med polisen att göra sina jobb bättre.

Fortsätt läsa för att lära dig om alla sätt som robotar hjälper till med marin forskning och prospektering.

Varför är marin forskning viktig?

med tanke på att havet har varit en del av mänskligt liv från början av tiden, vet vi förvånansvärt lite om dess tidvatten, miljö och de livsformer som den stöder. År 2013 rapporterade Schmidt Ocean Institute att vi inte ens helt har kartlagt jordens havsbotten. Endast mellan fem och 15 procent av havsbotten har kartlagts med traditionella tekniker.

“vi vet fortfarande mer detaljer om Mars yta”, skriver miljöjournalisten Starre Vartan på Mother Nature Network. “Den röda planeten har noggrant kartlagts genom att bana satelliter under de senaste 15 åren; dess kartupplösning är 20 meter (66 fot). Men havets upplösning … är i bästa fall cirka 5 kilometer (eller 3,1 miles).”

att förstå havet är en monumental uppgift, och även de hårdast arbetande forskarna kan inte göra en tand i våra kunskapsbrister. Det är därför de vänder sig till robotar för att samla in data. Och när de insamlade uppgifterna ökar kan forskare sedan förvandlas till problemlösare för att hålla våra hav friska och lösa samhällsproblem.

Sjöjungfrurobotar underlättar Korallforskning

datavetenskapare vid University of Stanford utvecklade nyligen OceanOne, en humanoid dykrobot som reser till vrak och korallrev för djupt för människor.

roboten skapades för att överbrygga klyftan mellan mänskliga dykare och djuphavsfartyg, rapporterar Björn Carey vid Stanford University. Befintliga ubåtar saknar skicklighet hos mänskliga dykare; de kan inte noggrant samla in prover och är svåra att manövrera om du inte är bekant med deras joysticks. Det är nästan lättare att bryta artefakter med ubåtar än att samla dem. Carey säger att OceanOne är mer som en robo-sjöjungfru, med mänskliga händer och ett ansikte, men en svans med batterier och thrusters.

“medan en mänsklig dykare begränsas av irriterande saker som luft och tryck när man gör undervattensforskning eller utgrävningar, kan en robot stanna under vattnet mycket längre och samla prover i fientliga undervattensmiljöer”, skriver Mary Beth Griggs på Popular Science.

hon rapporterar att forskare kan känna exakt vad roboten gör, vilket innebär att de kan förstå om den har rätt grepp om en artefakt eller om den kämpar för att hantera föremål. Forskare känner att de är på ett dyk och håller föremål, även när de är hundratals meter över vraket.

Robo-Fish skydda hamnar och kontrollera Infrastruktur

humanoider är inte de enda robotar som skapats för undervattensutforskning. Robotdjur hjälper människor att skydda upptagna hamnar och fånga brottslingar. Boston Engineering utvecklade till exempel en bioswimmer, en tonfiskformad robot som fungerar som en riktig fisk och blandar sig med havslivet medan den utforskar hamnar, bryggor och fartyg.

denna robo-tonfisk kan simma upp till 46 mph och används för att upptäcka smugglade varor, ofta lagrade i skrov på fartyg. USA. Kustbevakningen och tull-och gränsskydd skulle veta exakt vilka fartyg att söka och var. Robo-tonfisken kan vara beväpnad med explosiva anordningar som används för att förhindra terroristattacker eller militära hot under vattnet.

många utvecklare använder fiskformade robotar för att bedriva forskning. Teamet på Envirotech rapporterade om en annan robo-fisk avsedd att bekämpa vattenföroreningar. Kemiska sensorer upptäcker föroreningar och skickar informationen till forskare. Istället för att människor samlar hundratals prover kan robo-fisken göra tusentals poster och måla en bättre bild av vattnets hälsa.

nyfikna robotar utforskar nytt liv eller intressanta oceaniska funktioner

en av de grundläggande skillnaderna mellan robotar och människor är nyfikenhet. En robot kan kontrollera vattenprover eller vissa djurpopulationer, men människor skulle märka en konstig ny organism eller utforska utanför sina arbetsuppgifter. Detta börjar förändras.

ett av forskargrupperna vid Woods Hole Oceanographic Institution har börjat använda “nyfikna” robotar som dyker med forskare och tar bilder av saker de tycker är intressanta. En robot skickade tillbaka bilder som såg ut som röd fuzz i en syrefattig zon, vilket fick forskare att skicka roboten tillbaka för att lära sig mer. Forskarna upptäckte att de var en svärm av krabbor, något som människorna kunde ha missat utan robothjälp.

när robotar blir mer fritt tänkande och kan utforska nyfikna anomalier, kommer forskare att kunna skicka dem på mer avlägsna uppdrag. Till exempel har Monterey Bay Aquarium Research Institute en flotta drone robotar som aldrig tröttnar och överlever hajbett medan de roaming havet samlar in data.

tillsammans med spårningsdatapunkter som salthalt, temperatur och syrenivåer kartlägger dessa dronor också havsbotten när de reser.

autonoma forskningsfartyg kan samla in Data året runt

tillsammans med småskaliga autonoma forskningsrobotar arbetar forskningsutvecklare för att skapa autonoma fartyg för att samla in data och skicka tillbaka dem till forskare. Mayflower Autonomous Research Ship är bara ett exempel på detta. Fartyget är utvecklat i Storbritannien och planeras att lanseras 2020 som världens första autonoma, rena energifartyg.

på samma sätt som mänskliga dykare är begränsade skapar människor på forskningsfartyg sin egen uppsättning begränsningar:

• de tar plats med sängkläder, kök och toaletter.
• de begränsar vad som kan studeras baserat på forskningsfokus.
• de är begränsade till hur länge de kan stanna på ett fartyg innan de behöver återvända hem till sin organisation och deras familjer.

med ett autonomt fartyg kan obegränsade datapunkter samlas in ständigt och delas med forskare över hela världen.

“medan tekniska framsteg har drivit land-och flygbaserade transporter till nya nivåer av intelligent autonomi, har det varit en annan historia på havet”, säger Brett Phaneuf, VD för MSubs, på Shuttleworth Design, En kraftbåt tillverkare som arbetar i samarbete med både MSubs och Plymouth University.

” om vi kan sätta en rover på Mars och låta den självständigt bedriva forskning, varför kan vi inte segla ett obemannat fartyg över Atlanten och i slutändan runt om i världen?”

Robotic Plankton Mimic Ocean Life

forskare vid Scripps Institution of Oceanography vid UC San Diego utvecklade undervattensrobotar som fungerar som plankton. Målet var att simulera planktonrörelser i labbet för att bättre förstå havsströmmar (och hur plankton skjuts runt) tillsammans med beteendet hos dessa fascinerande organismer.

Scripps Institute utplacerade en svärm av 16 grapefruktstora robotar i havet med målet att spåra hur de rör sig och reagerar på varandra.

“nu när de har byggts och testats kan dessa svärmande sensorer sättas till alla slags användningsområden”, skriver vetenskapsförfattaren Amina Khan på LA Times. “Från att övervaka oljeutsläpp och röda tidvatten för att utforska beteendet hos andra havslevelser – till exempel genom att lyssna på valarnas samtal eller genom att spåra djur som börjar som larver på eller nära stränder och vars komplexa livscykler tvingar dem att röra sig genom havet på sätt som forskare ännu inte helt förstår.”

vågenergi erbjuder rena och tillgängliga kraftkällor

cirka 70 procent av världen är täckt av vatten. Om vi kunde hitta ett sätt att utnyttja vågenergi skulle vårt totala beroende av fossila bränslen och andra miljöskadliga resurser minska avsevärt.

teamet på Liquid Robotics utvecklade nyligen Wave Glider, som ser ut som en paddleboard eller flotte. Denna robot använder energi vid havets yta och solpaneler för att driva sin propeller och framdrivningssystem. Det är mobilt och kan navigera i havsförhållanden inklusive orkaner, höga strömmar och doldrums.

denna flotta är ett annat exempel på ett småskaligt autonomt forskningsfartyg. Sensorer samlar in data om olika havsfaktorer och skickar tillbaka dem till forskare för att bättre förstå havsförhållanden och information.

Wave Glider är inte det enda verktyget som använder främst vågkraft. Business Green biträdande redaktör Madeleine Cuff skriver att startups vill utveckla konstgjorda koraller som kan skörda havsvågor samtidigt bryta ner potentiellt destruktiva vågor.

“övertygande ö – och kustsamhällen för att ta en chans att pilotera en dyr ny del av marin energiteknik – särskilt när sol kan användas till ständigt minskande kostnader-är en lång order”, säger hon. “Men med co-fördel av kustskydd, det börjar vettigt.”

med tanke på havsströmmar har en energitäthet 800 gånger större än vind, är potentialen för att utnyttja vågenergi, oavsett om man ska driva forskningsrobotar eller hjälpa miljön, enorm.

Aquaculture Tech matar populationer utan att tömma Haven

många miljöforskare är oroade över att mata framtida populationer hållbart, vilket har lett till utvecklingen av vattenbruk. Enligt Brian Wang vid Next Big Future uppskattar UCLA-forskare att det finns över 11 miljoner kvadratkilometer över hela världen som är lämpliga för fisk eller tvåskaligt vattenbruk. Om varje kvadratfot av detta utvecklades för fiskodlingar kunde världen producera 15 miljarder ton fisk per år, mer än 100 gånger den nuvarande globala skaldjurskonsumtionen.

naturligtvis är detta osannolikt eftersom inte varje tum av havet kan förvandlas till en vattengård. Men om till och med tre procent används för att odla fisk, kan det hjälpa samhällen som är beroende av oceanerna att överleva.

ökningen av vattenbruk har fångat teknikexperter såväl som biologer. Kampachi Farms arbetar för att flytta vattenbruket vidare offshore och jordbruk i det öppna havet, vilket gör det säkrare för människor och lokala fiskpopulationer.

organisationen utvecklade Velella Beta, en 132 kubikmeter aquapod ansluten till en 65-fots skonare. Medan aquapod kan se ut som ditt barns geometriprojekt med fisk som flyter runt i det, är resultaten lovande. Efter den första försöket, det var en 98 procent överlevnad med fisken når mognad i ungefär hälften av den förväntade tiden.

de flesta marina forskare och robot experter tror att vi är bara på toppen av robot användning i havet. Under de närmaste åren kommer användningen av robotteknik att revolutionera vad vi vet om undervattensekosystem och hjälpa miljöaktivister att skydda organismerna som bor där.