Elokuussa 2015 ryhmä valtamerttutkijoita kokoontui Costa Rican rannikolle tutkimaan harvinaisen Olive Ridley-merikilpikonnan pesimäyttäytymistä. Tutkijat halusivat selvittää kilpikonnien salaperäisen käytöksen offshore-alueella - tuntematonta jopa matelijoiden vuotuisen muuttoliikkeen asiantuntijoille, nimeltään arrbada. He kääntyivät epätodennäköiseen tutkimustyökaluun: droneihin. Kaukana niiden yläpuolella, senseFly eBee -kiinnityslaite kartoitti tapahtumapaikan.
Liidintä käyttämällä tutkijat pystyivät tarkkailemaan kilpikonnia, jotka kokoontuivat merellä klustereihin, ennen kuin he matkasivat rannalle pesimään, löytö, joka herätti uusia käyttäytymiskysymyksiä. Mutta viiden lennon jälkeen droonien asiantuntija Rett Newton Duke Universitystä huomasi jotain outoa. Rantahiekka tarttui kiinni lentokoneen metallisiin kappaleisiin. Enemmän huolestuttavaa, omituinen melu säteili moottorista.
"Kun aloitimme moottorin käyntiä, aloimme kuulla rapeita tyyppisiä ääniä", Newton sanoo. Se oli, jos vaihdeissa oli hiekkaa.
Siellä oli. Hiekasta, joka oli luonteeltaan vulkaanista, oli tullut magneettisesti vetovoima moottorin moottoreihin. Tämä oli haaste, jota tutkijat eivät olleet ennakoineet. Huolestunut siitä, että hiekka häiritsisi droonin elektronisia antureita, he muuttivat läheiselle jalkapallokentälle ja viljelysmaalle. "Muuten se olisi tuhonnut lentokoneemme kokonaan", Newton sanoo.
Droonit eivät ole vain sotilaallisia ja teknisesti taipuvaisia. Nyt tutkijat, jotka ajattelevat tyypillisesti sukellusta tai kahluutta, ovat alkaneet kääntyä taivaan puoleen auttaakseen heitä ratkaisemaan kysymyksiä, jotka muuten olisivat vastaamattomia. Droonit tai miehittämättömät autonomiset järjestelmät (UAS) voivat tarjota ratkaisevan edun merileijonapopulaatioiden laskemisessa, koralliriuttojen seurannassa, kasviplanktonin kukinnan kartoittamisessa ja jopa valaiden alkometri-testin antamisessa.
Silti siirtyminen droneiden maalla suoritettavista toimista avoimelle merelle toimimiseen asettaa jyrkkiä haasteita - kuten Olive Ridley-merikilpikonnaretkikunta osoittaa. Merikilpikonnahankkeen tapauksessa magneettikiekosta tuli jälleen uusi haaste luettelossa operaation suunnittelunäkökohdista, joihin sisältyi jo suolainen vesi, heijastava häikäisy, lyhyt akun kesto, rapeat vedet ja tuuliset olosuhteet.
Joten miksi jotkut tutkijat katsovat, että dronejen käyttö meressä on sen arvoista?
Harvinainen oliivi-ridley-merikilpikonna saapuu Ostionalin rannalle, Costa Ricaan. Droonit voivat auttaa tutkijoita selvittämään heidän salaperäisen käyttäytymisensä offshore-alueella. (Solvin Zankl / Alamy) Yksi syy siihen, että tutkimuslaitokset käyttävät innokkaasti droonitekniikkaa, on se, että kuluttajien droonien hinta on vihdoin tullut heidän keinoilleen. Opetustarkoituksiin käytetty huippuluokan drooni voi olla niinkin alhainen kuin 500 dollaria, ja huippuluokan mallit, joissa on hienostuneet anturit ja kamerat, tulevat tarrahintaan 20 000 - 50 000 dollaria. Toinen on se, että kenttäoperaatiot avoimessa valtameressä ovat luonnostaan vaarallisia miehistön jäsenille - samoin kuin lentokoneet. Vuoden 2003 tutkimuksessa, joka koski villieläinten biologien vaaroja, lueteltiin kevyiden lentokoneiden kaatumiset kenttätutkijoiden ykköstappajana.
Puolustusministeriö aloitti droneiden merkittävän maalla tapahtuvan käytön Predatorin keksinnöllä vuonna 1994. Sittemmin droneista on tullut kaikkialla läsnä olevaa - ja joskus kiistanalaista - sotilaallista työkalua. Kuitenkin National Oceanic and Atmospheric Administrationin (NOAA) johtavan järjestelmäinsinöörin John C. Coffeyn mukaan drooneista tuli merialueiden tutkimuksen painopiste vain viisi vuotta sitten. Vaikka ne voidaan jäljittää NOAA-hankkeisiin, jotka ulottuivat vähän yli kymmenen vuotta sitten, joukko esteitä oli ratkaistava, ennen kuin tekniikka olisi riittävän luotettava käytettäväksi kentällä.
Laivaympäristö voi olla melko hämmentävä droonille. "Laivatoiminta on 10-100 kertaa vaikeampaa kuin maalla tapahtuva toiminta", Coffey sanoo. Tasapainon ja suunnan ylläpitämiseksi drooni perustuu sarjaan antureita, jotka mittaavat painovoiman, ilmakehän paineen, Maan magneettikentän ja kulman pyörimisen. Nämä anturit on kalibroitu ympäristöolosuhteiden esivalinnan mukaan. Mutta laivan kannella on kivinen alku. Keinutus voi aiheuttaa huonon kalibroinnin, lähettämällä dronon odottamattomaan keskikenttäuintiin ja turhautuneiden tutkijoiden esittäessä pelastusoperaation. Vedenpitäviä drooneja on olemassa, mutta ne eivät usein tue asianmukaisia antureita tiedonkeruuta varten.
"Lentoonlähtö ja laskeutuminen liikkuvalta kohteelta on todella vaikeaa", Coffey sanoo. Lisäksi alus itse lähettää sarjan signaaleja, kuten tutkan ja radion, jotka voivat aiheuttaa ongelmia droonien keskikohdassa. Nämä signaalit, jotka tunnetaan yhdessä nimellä sähkömagneettiset häiriöt, on otettava huomioon ennen suunniteltua matkaa. Epävakaan meren asettamat esteet saivat jotkut tutkijat käyttämään luovampaa lähestymistapaa.
Michael Moore (Woods Hole Oceanographic Institution) tutkii merinisäkkäitä, erityisesti suuria paalikvaaloja, kuten kynttilän ja oikeita valaita. Hän on työskennellyt näiden jättiläisten kanssa viimeiset 37 vuotta ja on kiinnostunut arvioimaan valaiden terveyttä ilmavalokuvien avulla pienikoneilla 20 vuotta sitten. Moore päätti kokeilla droneja vuonna 2013 kollegan tekemästä droonityöstä Antarktisen pingviinipopulaatioiden tutkimiseksi.
Valaat asuvat huomattavan etäisyyden päässä rannasta ja koska FAA vaatii näkyvyyttä lentäjän ja droonin välillä, rannikon nousua ei käsitelty. Sen sijaan Mooren ja hänen kollegoidensa piti lentää drooni pienestä veneestä. Mutta kun hän kysyi merivoimien yhteystietoja lentävästä logistiikasta, Moore sanoo, hän sai varovaisia huomautuksia epäilystä.
Aluksi tutkijat huijasivat dronon kalibroimalla maassa ja sammuttamalla sen välittömästi, ennen kuin siirrät sen veneeseen ja suuntasi veteen. Mutta Mooren joukkueen insinööri Don LeRoi kehitti myöhemmin koodipaikkansa heidän käyttämälleen Mikrokopter-droonille, ja vuoteen 2014 mennessä Mikrokopter absorboi ”veneen moodi” -koodin käyttöjärjestelmäänsä. 3D Robotics, Yhdysvaltain suurin kuluttaja-dronevalmistaja, ilmoitti huhtikuussa tukevansa vastaavia ohjelmistoja uudessa Solo-droonissaan.
"Arvaa mitä, keksimme sen", Moore sanoo.
Tämä kuva on otettu myös heksakopterilla, ja siinä on esitetty tappavalaiden vertailuelimet. Naaras ylhäältä näyttää luisevalta ja huonossa kunnossa. Valaan alaosa on raskaana, hänen vartalonsa pullistunut kylkiluun kyljestä. (NOAA, Vancouverin akvaario) Moore käyttää nyt drooneja säännöllisesti ja kehittää valaiden iskukeräysmenetelmää, jossa heksakopterin drooni leijuu kuudesta kymmeneen jalkaan upotetun valaan päälle ja odottaa eläimen pintaan ja uloshengitystä. Steriloitu levy istuu droonin päälle, joka kerää tiivistyneen höyryn. Moore toivoo keräävänsä tarpeeksi kemiallista tietoa, mukaan lukien DNA: ta, mikrobien läsnäoloa ja hormonitasoja valaan hengityksestä kehittääkseen menetelmä valaan terveyden arvioimiseksi. Onnistunut keräys edellyttää, että droonin ohjaaja istuu droonissa välittömästi puhallusaukon ampuma-alueella.
Veneestä tutkijat luottavat visuaalisiin vihjeisiin. "(Drooni) taipuu hiukan hiukan", Moore sanoo.
Ehkä valtavampi kuin valtamerten tutkimus dronien tekniset haasteet ovat FAA: n byrokraattisia haasteita. Valtion viraston NOAA: n kautta tapahtuvalle toiminnalle on vakioprotokolla, joka on samanlainen kuin kaikki muut taivaalla lentävät julkiset lentokoneet, mutta julkisten yksiköiden, kuten yliopistojen ja tutkimuslaitosten, on haettava poikkeusta. Poikkeuksen mukaan droonin ohjaajana on oltava lupalentäjä, hänen on lennettävä drooni alle 400 metrin päässä päivästä ja oltava droonin näkyvissä.
Uusi kehitys voi kuitenkin helpottaa tutkijoiden pääsyä droneille ja niiden käyttöä tällaisessa tutkimuksessa. 29. elokuuta alkaen FAA: n määräysten uudella jaksolla (§ 107) on pyritty lisäämään muiden kuin harrastelijoiden lukumäärää käyttävien henkilöiden määrää lisäämällä erityinen testi, jossa laitoksen tai yrityksen henkilöstä voi tulla sertifioitu droonilentäjä. .
Duke-yliopisto on jopa avannut uuden keskuksen, meren suojeluekologian miehittämättömien järjestelmien laitoksen, syksyllä 2015 auttaakseen kiinnostuneita tutkijoita ja opiskelijoita navigoimaan monimutkaisessa tekniikassa ja säädöksissä, jotka ympäröivät dronepohjaisia meritutkimusprojekteja. Keskus tarjosi ensimmäiset luokkansa kesällä ja suunnittelee keskuksensa valmistumista kunnostetussa venevajassa lokakuun loppuun mennessä. Yli 50 autonomisen ajoneuvoteknologian asiantuntijaa, joka osallistui yli 50 autonomisen ajoneuvoteknologian asiantuntijaa merellä tapahtuviin drone-sovelluksiin merisovelluksissa, korosti tarvetta perustaa alueellinen ja globaali projekti.
Laitoksen johtaja David Johnston sanoo, että hän toivoo yliopiston olevan yhteistyön ja tiedonvaihdon keskus tulevalle valtameren drone-tutkimukselle. Hän näkee takaiskuja, kuten Costa Rican hiekan aiheuttamat magneettiset häiriöt välttämättömyytenä tekniikan edistämisessä. "Droonit ovat toinen esimerkki siitä, missä voimme käyttää näytteitä ympäristöstä uusilla tavoilla ja puuttua kysymyksiin, joita emme välttämättä pystyneet käsittelemään helposti tai edes ollenkaan."
Lisätietoja mereistä Smithsonian Ocean Portal -portaalin avulla.
