Роботите ще ни помогнат да проучим дълбините на океана

Океаните покриват над 70% от повърхността на Земята, но дълбините им все още са мистерия. Днес знаем доста повече за повърхността на Марс, отколкото за морското дъно; а едва 20% от дъното на океана е картографирано. Получаването на по-пълна картина на дъното би позволило по-безопасно управляване на корабите по-безопасно, създаване на по-точни климатични модели, по-лесно и ефективно прокарване на телекомуникационни кабели, изграждане на офшорни вятърни паркове, но и защита на богатата морска фауна, като дори днес изследователи откриват непознати доста видове. Всичко това е част от т.нар. синя икономика, която се очаква да генерира 3 трилиона долара до 2030 г.

През цялата история на изследването на океана изследователите се борят да получат океански измервания с висока разделителна способност, особено в недостатъчно проучени райони. Тези океански измервания предоставят информация за размера на организмите и промените в свойствата на океана, за да се разбере по-добре мащабната динамика от образуването на урагани до движението на топлина и хранителни вещества по глобалния конвейер. Всички тези данни дават представа за здравето и функционирането на океана. Липсата на данни с висока разделителна способност поставя учените в неравностойно положение спрямо променящите се събития, от здравето на морските екосистеми до реакцията на океана към затоплянето на планетата.

Подводните роботизирани превозни средства, оборудвани със сензори, помагат за събирането на тези данни по-бързо и по-евтино. Но много от тях разчитат на батерии с ограничен живот и трябва да се върнат на кораба или на брега, за да презаредят, а това затруднява картографирането на по-отдалечени части на морето.

Създаденият преди 5 години стартъп Seatrec ще опита да се справи с предизвикателството. Основан от океанографа Ю Чао, работил за НАСА, където той разработва технология за захранване на океански роботи, като използва "естествено възникващата температурна разлика" в морето.

Захранващият модул може да бъде инсталиран на съществуващи роботи за събиране на данни или на собствено плаващо устройство на Seatrec. То се гмурка на около километър, за да изследва химическия състав и формата на морското дъно, използвайки сонар, за да създаде карта на околността. Роботът се връща на повърхността, за да изпрати своите открития чрез сателит. Един основен модел обикновено струва около $20 000. Свързването на енергийната система на Seatrec добавя още $25 000.

Seatrec се финансира от Schmidt Marine Technology Partners, програма на фондацията на семейство Шмид. Същевременно Airmar Technology в сътрудничество с германската Innomar Technologie GmbH ще предоставя активен акустичен ехолот за картографиране с висока разделителна способност.

"Осемдесет процента от морското дъно не е картографирано с висока разделителна способност - площ, приблизително два пъти по-голяма от размера на Марс, а покриването на такава голяма площ с помощта на кораби и днешните най-съвременни автономни платформи ще струва милиарди долари, обяснява Чао, главен изпълнителен директор и основател на Seatrec. Тази инициатива обединява екип за картографиране на морското дъно с трансформираща технология, необходима за създаване на устойчив метод за картографиране на океанското дъно за минимална част от цената в сравнение с корабите."

Медузи киборги се включват

Автономните подводници обаче са доста тромави за навигация и често изискват огромни количества енергия и средства, за да се насочат в дълбочините. Джон Дабири, инженер от Калифорнийския технологичен институт, смята, че е открил идеалния начин за проучване на дълбокия океан - медузи киборги.

Медузите се срещат в океаните по целия свят - от тропиците до полюсите и от повърхностните води до големи дълбочини. Те се размножават бързо и са сред най-разпространените живи твари в моретата. Въпреки че изглежда, че се носят флегматично, медузите са изключително ефективни плувци, като изследователският екип на Дабири показва математически, че превъзхождат по този показател множество други морски същества. Инж. Дабири иска да използва масовото им присъствие и техните плувни умения, за да изследва морските дълбочини. Но има един проблем - макар и ефикасни, медузите не са бързи.

За да накарат съществата да плуват бързо, Дабири и неговият екип са създали роботизирана медуза. Започват с имплантиране на електроди върху звънец с форма на чадър върху жива медуза. Контролна система, прикрепена към центъра на тялото на медузата, захранва тези електроди. Електрически импулси протичат през електродите, карайки звънчестите мускули на медузата да се свиват с равномерно темпо. Това контрастира с естественото им движение, където отварянето и затварянето на камбаната е неравномерно и е белязано от продължителни периоди на лежерно плаване.

Инженери от Caltech и Станфордския университет са разработили малка протеза, която позволява на медузите да плуват по-бързо и по-ефективно от обикновено, без да стресират животните. Изследователите зад проекта предвиждат бъдеще, в което медузи, оборудвани със сензори, могат да бъдат насочвани да изследват и записват информация за океана.

Изследователите са тествали способностите на тази роботизирана медуза, като записват времето, необходимо на съществото да преплува от повърхността до дъното на вертикален резервоар. Те са установили, че оборудваната с протези медуза плува 3 пъти по-бързо от нормалното, а енергията, необходима за нейното захранване, е 10 до 1000 пъти по-ниска от тази, необходима на съществуващите плуващи роботи. Това е така, защото по-голямата част от енергията, от която се нуждаят медузите, идва от храненето с разнообразна храна в океана. По-важното е, че когато медузите плуват, те свиват звънчестите си мускули и изтласкват вода зад себе си, създавайки модел, подобен на водовъртеж, наречен вихров пръстен, който избутва медузата напред. Докато този вихров пръстен се движи надолу, медузата се придвижва, като в същото време засмуква заобикалящата вода, така че пръстенът осигурява по-силно задвижване и позволява енергийно ефективно плуване.

Но бързото и ефективно плуване не е достатъчно. Дабири се надява да контролира и посоката, в която се движат тези медузи, включително да могат да се ориентират в опасния терен на морското дъно. "Опитваме се да управляваме медузи по същия начин, по който насочваме коне или говеда за селското стопанство", обяснява ученият. Системата за управление е в процес на разработка, но възниква по-голям въпрос: етично ли е да "отвлечете" жив организъм и да контролирате движението му?

Дабири посочва биологията на медузите. Тези същества нямат мозък или рецептори за болка. Това означава, че те не могат да усетят електродите или да интерпретират електрическите импулси като болка. Медузите отделят слуз, когато са подложени на стрес, но липсата на такава предизвикана от стреса слуз по време на експериментите на Дабири показва, че микроелектрониката не вреди на тези безгръбначни.

Но преди да възложим по-големи надежди на тези киборги, те трябва да бъдат "хакнати" в реалния свят. Екипът на Дабири е тествал медузите само в строго контролираната среда на неговата лаборатория, но не и в открития океан. Те все още не са монтирали сензори за околната среда, които да измерват температурата и солеността на океана, и не са измислили как да извличат такива данни от медузите като цяло.