W sierpniu 2015 r. Grupa badaczy oceanów zebrała się na wybrzeżu Kostaryki, aby zbadać zachowanie lęgowe rzadkiego żółwia morskiego Olive Ridley. Naukowcy chcieli poznać tajemnicze zachowanie żółwi na morzu - nieznane nawet ekspertom od corocznej migracji gadów, znanej jako arribada. W tym celu zwrócili się do mało prawdopodobnego narzędzia badawczego: dronów. Daleko nad nimi szybowiec skrzydłowy senseFly eBee przyglądał się scenie.
Za pomocą szybowca badacze byli w stanie obserwować żółwie gromadzące się na morzu w skupiskach, zanim udali się na plażę, by zagnieździć się, co wywołało nowe pytania dotyczące zachowania. Ale po pięciu lotach specjalista dronów Rett Newton z Duke University zauważył coś dziwnego. Piasek z plaży przylegał do metalowych kawałków samolotu. Co bardziej niepokojące, z silnika dobiegał dziwny hałas.
„Kiedy zaczęliśmy uruchamiać silnik, zaczęliśmy słyszeć chrupiące dźwięki typu”, mówi Newton. To było, jeśli w zębach był piasek.
Tam było. Piasek, który miał charakter wulkaniczny, przyciągnął magnetycznie do silników silnika. Było to wyzwanie, którego naukowcy nie przewidywali. Obawiając się, że piasek zakłóci elektroniczne czujniki drona, przenieśli się na pobliskie boisko do piłki nożnej i pola uprawne. „W przeciwnym razie zniszczyłby całkowicie nasze samoloty”, mówi Newton.
Drony są przeznaczone nie tylko dla wojska i technologicznie. Teraz naukowcy, którzy zazwyczaj myślą o nurkowaniu lub brodzeniu, zaczynają zwracać się ku niebu, aby pomóc im rozwiązać pytania, które w innym przypadku byłyby niemożliwe do rozwiązania. Drony lub bezzałogowe systemy autonomiczne (UAS) mogą zapewnić kluczową przewagę, jeśli chodzi o liczenie populacji lwów morskich, śledzenie raf koralowych, mapowanie zakwitów fitoplanktonu, a nawet poddawanie wielorybom testu alkomatu.
Jednak przejście od lądowych operacji dronów do operacji na otwartym oceanie stanowi poważne wyzwanie - jak pokazuje ekspedycja żółwia morskiego Olive Ridley. W przypadku projektu żółwia morskiego piasek magnetyczny stał się kolejnym wyzwaniem na liście rozważań dotyczących planowania misji, które obejmowały już słoną wodę, odblaskowe odblaski, krótki czas pracy baterii, wzburzone wody i wietrzne warunki.
Dlaczego więc niektórzy badacze uważają, że warto korzystać z dronów w oceanie?
Rzadki oliwkowy żółw morski przybywa na plażę Ostional na Kostaryce. Drony mogą pomóc badaczom odkryć ich tajemnicze zachowanie na morzu. (Solvin Zankl / Alamy) Jednym z powodów, dla których instytucje badawcze chętnie korzystają z technologii dronów, jest to, że cena dronów konsumenckich w końcu osiągnęła swoje możliwości. Dron klasy średniej używany do celów dydaktycznych może kosztować nawet 500 USD, a modele wyższej klasy z wyrafinowanymi czujnikami i kamerami mają cenę od 20 000 do 50 000 USD. Innym jest fakt, że operacje polowe na otwartym oceanie są z natury niebezpieczne dla członków załogi - podobnie jak samoloty. Badanie z 2003 r. Dotyczące zagrożeń dla biologów dzikich zwierząt wykazało, że lekkie katastrofy lotnicze były zabójcą naukowców terenowych.
Departament Obrony rozpoczął stosowanie lądowych dronów od wynalezienia Predatora w 1994 roku. Od tego czasu drony stały się wszechobecnymi - a czasem kontrowersyjnymi - narzędziami wojskowymi. Jednak według Johna C. Coffeya, głównego inżyniera systemów dla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), drony stały się przedmiotem badań oceanicznych dopiero pięć lat temu. Chociaż można je prześledzić z projektami NOAA sięgającymi nieco ponad dekadę temu, szereg przeszkód trzeba było rozwiązać, zanim technologia będzie wystarczająco niezawodna do zastosowania w terenie.
Środowisko statku może być dość mylące dla drona. „Operacje na pokładzie są od 10 do 100 razy trudniejsze niż operacje lądowe”, mówi Coffey. Aby utrzymać równowagę i kierunek, dron wykorzystuje szereg czujników, które mierzą siłę grawitacji, ciśnienie atmosferyczne, pole magnetyczne Ziemi i obrót kątowy. Czujniki te są skalibrowane do warunków środowiskowych przed lotem. Ale pokład statku stanowi kamienisty start. Kołysanie może spowodować niewłaściwą kalibrację, wysyłając drona na nieoczekiwany pływ podczas lotu i wywołując misję ratunkową przez sfrustrowanych naukowców. Istnieją wodoodporne drony, ale często nie obsługują odpowiednich czujników do gromadzenia danych.
„Start i lądowanie z ruchomego celu jest naprawdę trudne”, mówi Coffey. Dodatkowo sam statek wysyła szereg sygnałów, takich jak radar i radio, które mogą powodować problemy podczas lotu drona w trakcie lotu. Sygnały te, zwane wspólnie zakłóceniami elektromagnetycznymi, muszą być wzięte pod uwagę przed zaplanowaną misją. Przeszkody, jakie stwarza niestabilne morze, skłoniły niektórych naukowców do bardziej kreatywnego podejścia.
Michael Moore z Woods Hole Oceanographic Institution bada ssaki morskie, w szczególności duże wieloryby baleen, takie jak humbak i prawy. Pracował u boku tych gigantów przez ostatnie 37 lat, a 20 lat temu zainteresował się oceną zdrowia wielorybów za pomocą zdjęć lotniczych z małych samolotów. Zainspirowany pracą kolegi używającego dronów do badania populacji pingwinów na Antarktydzie, Moore postanowił spróbować użyć dronów w 2013 roku.
Wieloryby żyją w znacznej odległości od brzegu, a ponieważ FAA wymaga linii wzroku między pilotem a dronem, nie było mowy o przybyciu na wybrzeże. Zamiast tego Moore i jego koledzy musieli latać dronem z małej łódki. Ale kiedy zapytał kontakty w marynarce wojennej o logistykę latania, Moore mówi, że otrzymał ostrzegawcze uwagi o wątpliwościach.
Początkowo naukowcy oszukiwali drona, kalibrując go na lądzie i natychmiast wyłączając, a następnie przenosząc na łódź i kierując się na wodę. Ale inżynier z zespołu Moore'a, Don LeRoi, opracował później poprawkę kodu dla używanego przez niego drona Mikrokopter, a do 2014 r. Mikrokopter zaabsorbował kod „trybu łodzi” do swojego systemu operacyjnego. 3D Robotics, największy amerykański producent dronów konsumpcyjnych, ogłosił w kwietniu tego roku, że będzie wspierać podobne oprogramowanie w swoim nowym dronie Solo.
„Zgadnij co, wymyśliliśmy to” - mówi Moore.
To zdjęcie, wykonane również heksakopterem, pokazuje porównawcze warunki ciała orków. Kobieta na górze wydaje się chuda i jest w złym stanie. Wieloryb na dole jest w ciąży, jej ciało wybrzusza się za klatką piersiową. (NOAA, Vancouver Aquarium) Moore używa teraz dronów regularnie i doskonali metodę zbierania ciosów wielorybów, w której dron heksakoptera unosi się na głębokości od sześciu do dziesięciu stóp nad zanurzonym wielorybem i czeka, aż zwierzę wypłynie na powierzchnię i wydech. Sterylna płyta znajduje się na dronie, który zbiera skroploną parę. Moore ma nadzieję zebrać wystarczającą ilość danych chemicznych, w tym DNA, obecność drobnoustrojów i poziomy hormonów z oddechu wieloryba, aby opracować metodę oceny zdrowia wieloryba. Pomyślne zbieranie wymaga, aby pilot drona natychmiast umieścił drona w zasięgu strzału dziury.
Z łodzi naukowcy polegają na wskazówkach wizualnych. „Dron ma tendencję do drżenia” - mówi Moore.
Być może trudniejsze niż techniczne wyzwania oceanicznych dronów badawczych są biurokratycznymi wyzwaniami FAA. Operacje za pośrednictwem agencji rządowej NOAA mają standardowy protokół podobny do wszystkich innych publicznych samolotów latających na niebie, ale podmioty publiczne, takie jak uniwersytety i instytucje badawcze, muszą ubiegać się o zwolnienie. Zgodnie ze zwolnieniem pilot drona musi być licencjonowanym pilotem, latać dronem pod 400 stóp w ciągu dnia i być w zasięgu wzroku drona.
Nowe opracowanie może jednak ułatwić naukowcom dostęp do dronów i korzystanie z nich do tego rodzaju badań. Od 29 sierpnia nowa sekcja w przepisach FAA (sekcja 107) ma na celu zwiększenie liczby niehobbystów, którzy mają dostęp do dronów, poprzez dodanie specjalnego testu, w którym osoba z instytucji lub korporacji może zostać certyfikowanym pilotem dronów .
Uniwersytet Duke otworzył nawet nowe centrum, Marine Conservation Ecology Unmanned Systems Facility, jesienią 2015 r., Aby pomóc zainteresowanym badaczom i studentom w poruszaniu się po skomplikowanych technologiach i przepisach dotyczących projektów badań oceanów na dronach. Centrum zaoferowało pierwsze lekcje tego lata i planuje ukończenie swojego centrum w odnowionej boathouse do końca października. Warsztaty na temat użytkowania dronów w zastosowaniach morskich w Duke latem 2015 r., W których wzięło udział ponad 50 ekspertów w dziedzinie technologii pojazdów autonomicznych, podkreśliły potrzebę centrum koordynującego projekty regionalne i globalne.
David Johnston, dyrektor obiektu, mówi, że ma nadzieję, że uniwersytet może być centrum współpracy i wymiany informacji na potrzeby przyszłych badań nad dronami oceanicznymi. Widzi niepowodzenia, takie jak interferencja magnetyczna z piasku w Kostaryce, jako konieczność dalszego rozwoju technologii. „Drony to kolejny przykład, w którym możemy wykorzystać próbkę środowiska na nowe sposoby i rozwiać pytania, z którymi niekoniecznie bylibyśmy w stanie poradzić sobie łatwo, a nawet wcale”.
Dowiedz się więcej o morzach dzięki Smithsonian Ocean Portal.
