NSF finansuje rozwój roju robotów do badania szelfów lodowych

Naukowcy z Oregon State University pokierują zespołem naukowców i inżynierów w ramach trzyletniego projektu o wartości 1,5 miliona dolarów, którego celem będzie opracowanie i przetestowanie zespołu robotów, które będą mogły przemieszczać się pod szelfami lodowymi i zbierać ważne pomiary dotyczące zasięgu szelfów lodowych i właściwości szelfów lodowych. otaczający ocean.

Celem wysiłków, finansowanych przez Biuro Programów Polarnych amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki, jest wspieranie podwodnych eksploracji w zamkniętych i niedostępnych środowiskach, takich jak zagłębienia pod szelfami lodowymi, powiedziała Jessica Garwood, adiunkt w Oregon State College of Science. Nauk o Ziemi, Oceanie i Atmosferze oraz główny badacz projektu.

Rosnące temperatury oceanów powodują, że polarne pokrywy lodowe i szelfy lodowe, pływające przedłużenia pokryw lodowych, szybko topnieją i przyczyniają się do globalnego wzrostu poziomu mórz, jednak badanie wpływu tego zjawiska stanowi poważne wyzwanie dla badaczy dysponujących ograniczonymi narzędziami analizy fizycznej. Powiedziała, że ​​dostęp do niebezpiecznych, głębokich i odległych zagłębień pod lodem przy użyciu istniejących narzędzi jest trudny.

„Praca w wodzie pod lodem jest szczególnie trudna, ponieważ komunikacja jest ograniczona i nie ma dostępu do powierzchni w celu odzyskania sprzętu” – powiedział Garwood. „Potrzebujemy robotów, które mogą podróżować do tych obszarów, a także wracać za granicę”.

Celem zespołu badawczego jest opracowanie systemu wykorzystującego dużego robota-matkę, który będzie przenosił i rozmieszczał rój mniejszych robotów pasażerskich, które będą mogły rozprzestrzeniać się i badać wody pod topniejącymi szelfami lodowymi lub w innych trudno dostępnych miejscach. Roboty będą działać autonomicznie i zostaną zaprogramowane tak, aby mogły podejmować decyzje w oparciu o warunki.

Projekt „weryfikacji koncepcji” obejmuje budowę systemu wdrażania i odzyskiwania robota-matki oraz roju robotów pasażerskich; opracowywanie urządzeń i protokołów do komunikacji i lokalizacji podwodnej; oraz algorytmy nawigacji i podejmowania decyzji, które umożliwiłyby robotom dostosowywanie swojego zachowania i wysiłków w zakresie gromadzenia danych w zależności od napotkanych warunków.

„Po rozmieszczeniu robotów będą tam same” – powiedział Garwood, oceanograf, którego poprzednia praca obejmowała umieszczanie robotów. „Nie będą mogły wypłynąć na powierzchnię, aby wysłać informacje, będą jedynie potrafią się ze sobą porozumiewać.” Roboty w oceanie mają zbadać, w jaki sposób prądy oceaniczne przemieszczają małe organizmy morskie. „Można zatem zaprogramować roboty tak, aby na przykład rozpoznawały sygnał słodkiej wody pochodzący z topniejących lodowców i śledziły ten sygnał”.

W ramach trzyletniego projektu naukowcy planują przeprowadzić serię testów w wodzie, m.in. w zamarzniętym jeziorze w Oregonie.

„Bezpośrednim celem jest opracowanie tych narzędzi i systemów” – powiedział Garwood. „Ostatecznym celem jest przedostanie się pod lodowe szelfy, abyśmy mogli zbadać dynamikę oceanów lodowych i monitorować zmiany warunków oceanicznych. Taki system może być również skuteczny w innych środowiskach, np. w oceanie przybrzeżnym, gdzie zespoły robotów mogą monitorować warunki” oceanów i dostosowywać swoje zachowania związane z pobieraniem próbek, aby reagować na określone sygnały podpowierzchniowe, takie jak wody o niskiej zawartości tlenu.

Systemy wielorobotowe już istnieją dla środowisk powietrznych i naziemnych, powiedział Jeff Hollinger, profesor nadzwyczajny, który kieruje laboratorium automatycznego podejmowania decyzji w Wyższej Szkole Inżynierskiej stanu Oregon i współgłówny badacz projektu.

„Obecne systemy nie są w stanie pokonać wyzwań związanych z komunikacją, wykrywaniem i koordynacją, jakie stwarza środowisko pod lodem” – powiedział. „Rozwiązanie tych problemów i wdrożenie ich w nowych środowiskach ma ogromny potencjał, jeśli chodzi o nauczenie nas o lodowcach i oceanach”.

W skład zespołu badawczego wchodzą także Phil Londrigan z Uniwersytetu Brighama Younga; Atsuhiro Muto z Uniwersytetu Temple; Nicholas Rybkema z Instytutu Oceanograficznego Woods Hole; Yu Shi z Uniwersytetu Purdue; i Shi Yu z Uniwersytetu Zachodniej Wirginii.

Projekt powstał w wyniku warsztatów Ideas Lab sponsorowanych przez National Science Foundation, które zgromadziły naukowców z kilku dyscyplin, w tym robotyki, nauk polarnych, oceanografii i inżynierii, w celu przeprowadzenia burzy mózgów na temat innowacyjnych rozwiązań umożliwiających postęp w nauce podwodnej.