https://frosthead.com

Kako dronovi na nebu otkrivaju more tajni

U kolovozu 2015., skupina okeanskih istraživača okupila se na obali Kostarike kako bi proučila gniježdno ponašanje rijetke morske kornjače Olive Ridley. Znanstvenici su željeli otkriti misteriozno ponašanje kornjača na moru - što je nepoznato čak i stručnjacima o godišnjoj migraciji gmazova, poznatoj kao camebada. Da bi to učinili, okrenuli su se malo vjerojatnom istraživačkom alatu: dronovima. Daleko iznad njih, scenski jedrilica sa fiksnim krilima eBee je pregledavala prizor.

Koristeći jedrilicu, istraživači su mogli promatrati kornjače koje se u grozdovima spajaju na pučini prije nego što su krenule prema plaži do gnijezda, otkriće koje je postavilo nova pitanja u ponašanju. Ali nakon pet letova, specijalist za dronove Rett Newton sa Sveučilišta Duke primijetio je nešto neobično. Pijesak s plaže stezao se metalnim komadima zrakoplova. Još alarmantnije, iz motora se emitirao čudan šum.

"Kad smo počeli pokretati motor, počeli smo čuti hrskave zvukove", kaže Newton. Bilo je to ako je u zupčanicima bio pijesak.

Bilo je. Pijesak, koji je bio vulkanske prirode, postao je magnetski privlačan na motorima motora. To je bio izazov koji istraživači nisu predvidjeli. Zabrinuti da će pijesak ometati elektronske senzore drona, premjestili su se na obližnje nogometno igralište i poljoprivredno zemljište. "U suprotnom, to bi u potpunosti uništilo naš zrakoplov", kaže Newton.

Dronovi nisu samo za vojsku i tehnološki skloni. Sada se istraživači koji obično razmišljaju o ronjenju ili mahanju počinju okretati prema nebu kako bi im pomogli da odgovore na pitanja koja bi inače bila neprimjerena. Dronovi ili bespilotni autonomni sustavi (UAS) mogu pružiti presudnu prednost kada je riječ o brojanju populacija morskih lavova, praćenju koraljnih grebena, mapiranju cvjetanja fitoplanktona, pa čak i davanju kitova testu za disanje.

Ipak, prijelaz s kopnenih operacija bespilotnih letelica na rad na otvorenom oceanu predstavlja strme izazove - kao što pokazuje ekspedicija morskih kornjača Olive Ridley. U slučaju projekta morske kornjače, magnetski pijesak postao je još jedan izazov na popisu pitanja planiranja misije koji su već uključivali slanu vodu, reflektirajući odsjaj, kratak vijek trajanja baterije, sumorne vode i vjetrovite uvjete.

Pa zašto neki istraživači smatraju da se upotreba dronova u oceanu isplati?

Morska kornjača maslinovog rižota stiže na plažu Ostional u Kostariki. Dronovi bi mogli pomoći istraživačima da otkriju njihovo misteriozno ponašanje na moru. Morska kornjača maslinovog rižota stiže na plažu Ostional u Kostariki. Dronovi bi mogli pomoći istraživačima da otkriju njihovo misteriozno ponašanje na moru. (Solvin Zankl / Alamy)

Jedan od razloga što istraživačke institucije žarko žele koristiti bespilotne tehnologije je taj što su cijene bespilotnih letjelica za potrošače konačno postale unutar njihovih mogućnosti. Droni niskog klasa koji se koriste u nastavne svrhe mogu koštati čak 500 dolara, a modeli s višim razredom sofisticiranih senzora i kamera dolaze po cijeni naljepnice između 20 000 i 50 000 dolara. Drugo je da su terenske operacije na otvorenom oceanu inherentno opasne za članove posade - kao i avioni. Studija iz 2003. O opasnostima od biologa od divljih životinja nabrajala je rušenje lakih zrakoplova kao ubojicu broj jedan terenskih znanstvenika.

Ministarstvo obrane započelo je veliku kopnenu upotrebu bespilotnih letelica izumom Predatora 1994. godine. Od tada su bespilotne letelice postale sveprisutni - a ponekad i kontroverzni - vojni alati. Ipak, prema Johnu C. Coffeyu, inženjeru vodećih sustava Nacionalne uprave za okeane i atmosferu (NOAA), bespilotne letjelice postale su samo središte oceanskih istraživanja prije pet godina. Iako ih se može pratiti u NOAA projektima koji sežu tek prije nešto više od desetljeća, trebalo je riješiti niz prepreka prije nego što tehnologija postane dovoljno pouzdana za upotrebu na terenu.

Okolina broda može biti zbunjujuća za drona. "Operacije na brodu su između 10 i 100 puta teže od kopnenih operacija", kaže Coffey. Da bi održao ravnotežu i smjer, drono se oslanja na niz senzora koji mjere silu gravitacije, atmosferski tlak, Zemljino magnetsko polje i kutnu rotaciju. Ovi su senzori kalibrirani prema uvjetima okoline. Ali brodska paluba čini stjenovit početak. Ljuljanje može uzrokovati loše umjeravanje, slanje bespilotnih letjelica za neočekivani plivajući sredinom leta i frustrirane znanstvenike potaknuti na spasilačku misiju. Vodootporni dronovi postoje, ali često ne podržavaju odgovarajuće senzore za prikupljanje podataka.

"Polijetanje i slijetanje s pokretne mete zaista je teško", kaže Coffey. Uz to, sam brod šalje niz signala, poput radara i radija, koji mogu uzrokovati probleme usred leta letjelice. Kolektivno poznati kao elektromagnetske smetnje, ti signali se moraju uzeti u obzir prije planirane misije. Prepreke koje predstavlja nestabilno more natjerale su neke znanstvenike na kreativniji pristup.

Michael Moore iz Oceanografske ustanove Woods Hole istražuje morske sisare, posebno velike kitove kugle poput grbavih i desnih kitova. On je surađivao s tim divima posljednjih 37 godina i postao zainteresiran za procjenu zdravlja kitova zračnim fotografijama pomoću malih aviona prije 20 godina. Inspirisan radom svog kolege koji koristi dronove za istraživanje populacije pingvina na Antarktici, Moore je odlučio pokušati s dronovima u 2013. godini.

Kitovi žive na znatnoj udaljenosti od obale i budući da FAA zahtijeva vidnu vidljivost između pilota i bespilotnog zrakoplova, obalni uzlijetanje nije dolazilo u obzir. Umjesto toga, Moore i njegovi kolege trebali su s malog broda letjeti bespilotnim letjelicom. Ali kad je u mornarici pitao kontakte o letećoj logistici, kaže Moore, primio je oprezne primjedbe.

U početku su znanstvenici prevarili dron kalibriranjem na kopnu i odmah ga isključili prije nego što su ga prebacili u čamac i krenuli prema vodi. No, inženjer iz Mooreova tima, Don LeRoi, kasnije je razvio zakrpu za kod drona Mikrokopter koji su koristili, a do 2014. Mikrokopter je apsorbirao kôd za "brodski način" u njihov operativni sustav. 3D Robotics, najveći američki proizvođač bespilotnih dronova, najavio je ovog travnja da će podržati sličan softver u svom novom dronu Solo.

"Pogodi što, smislili smo", kaže Moore.

nrkw_from_above03.jpg Ova fotografija također snimljena heksakopterom prikazuje usporedne tjelesne uvjete kitova ubojica. Ženka na vrhu izgleda mršava i u lošem stanju. Kita je na dnu trudna, a tijelo joj je ispadalo iza rebra. (NOAA, Vancouver Aquarium)

Moore sada redovito koristi dronove i usavršava metodu prikupljanja puhanja kitovima pri čemu helikopter drona lebdi šest do deset stopa iznad potopljenog kita i čeka da životinja izađe na površinu i izdahne. Na vrhu drona sjedi sterilizirana ploča koja skuplja kondenziranu paru. Moore se nada da će prikupiti dovoljno kemijskih podataka, uključujući DNK, prisustvo mikroba i razinu hormona iz kitova daha kako bi razvio metodu za procjenu zdravlja kitova. Uspješna kolekcija zahtijeva da pilot bespilotnih letelica sjedi bespilotnom dronom odmah unutar dometa pucanja.

Znanstvenici se s broda oslanjaju na vizualne znakove. "The drone (skloni) je sklon da se malo shimmy", kaže Moore.

Možda su strašniji od tehničkih izazova bespilotnih letjelica okeana, birokratski izazovi FAA-e. Operacije preko NOAA, vladine agencije, imaju standardni protokol sličan svim drugim javnim zrakoplovima koji lete nebom, ali javna tijela poput sveučilišta i istraživačkih institucija moraju podnijeti zahtjev za izuzeće. Prema izuzeću, pilot bespilotnih letjelica mora biti pilot s licencom, letjeti bespilotnim letjelicom ispod 400 stopa tijekom dana i biti na nišanu.

No, novi razvoj može pomoći istraživačima olakšati pristup i upotrebu dronova za ovu vrstu istraživanja. Od 29. kolovoza, novi odjeljak u propisima FAA-e (odjeljak 107) imao je za cilj povećati broj ne-hobista koji imaju pristup dronovima, dodavanjem posebnog testa u kojem pojedinac iz institucije ili korporacije može postati certificirani pilot bespilotnih letjelica,

Sveučilište Duke čak je otvorilo novo središte, postrojenje za zaštitu bespilotnih sustava Marine Conservation Conine, u jesen 2015. godine kako bi zainteresiranim istraživačima i studentima pomoglo da se snađu u složenoj tehnologiji i propisima koji se odnose na istraživačke projekte okeana utemeljenih na bespilotnim letjelicama. Centar je ponudio svoje prve klase ovog ljeta, a planira dovršavanje svog centra u obnovljenoj brodici do kraja listopada. Radionica o korištenju bespilotnih letjelica za morske aplikacije u Dukeu u ljeto 2015. koja je uključivala preko 50 stručnjaka za autonomnu tehnologiju vozila naglasila je potrebu centra za koordinaciju regionalnih i globalnih projekata.

David Johnston, direktor ustanove, kaže kako se nada da sveučilište može biti centar za suradnju i razmjenu informacija za buduća istraživanja oceana bespilotnih letjelica. Neuspjehe poput magnetske smetnje iz pijeska u Kostariki vidi kao nužnost za unapređenje tehnologije. "Dronovi su još jedan primjer gdje se možemo koristiti za uzorkovanje okoliša na nove načine i rješavanje pitanja koja ne bismo nužno mogli riješiti lako, ili čak uopće."

Saznajte više o morima uz Smithsonian Ocean Portal.

Kako dronovi na nebu otkrivaju more tajni