V srpnu 2015 se na pobřeží Kostariky shromáždila skupina oceánských vědců, aby studovali hnízdní chování vzácné mořské želvy Olive Ridley. Vědci chtěli zjistit tajemné chování želv na moři - neznámé i pro odborníky na roční migraci plazů, známé jako arribada. K tomu se obrátili na nepravděpodobný výzkumný nástroj: drony. Daleko nad nimi prozkoumal scénu kluzák s pevným křídlem senseFly eBee.
Pomocí kluzáku dokázali vědci pozorovat želvy shromážděné na moři ve shlucích, než se vydali na hnízdo na pláž, objev, který vyvolal nové otázky chování. Ale po pěti letech si specialista na drony Rett Newton z Duke University všiml něčeho zvláštního. Písek z pláže lpěl na kovových kusech letadla. Více znepokojující je, že z motoru vycházel podivný hluk.
"Když jsme začali spouštět motor, začali jsme slyšet nějaké křupavé zvuky typu, " říká Newton. Bylo to, kdyby v kolech byl písek.
Zde bylo. Písek, který byl sopečného charakteru, se stal magneticky přitahován k motorům motoru. To byla výzva, kterou vědci neočekávali. Bál se písku, že by rušil elektronické senzory dronu, přesunuli se na nedaleké fotbalové hřiště a na zemědělskou půdu. "Jinak by naše letadlo úplně zničilo, " říká Newton.
Drony nejsou jen pro armádu a technologicky nakloněné. Nyní se vědci, kteří obvykle přemýšlejí o potápění nebo brodění, začínají obracet k nebi, aby jim pomohli řešit otázky, které by jinak nebyly nezodpověditelné. Drony neboli bezpilotní autonomní systémy (UAS) mohou poskytnout rozhodující výhodu, pokud jde o počítání populací lachtanů, sledování korálových útesů, mapování květů fytoplanktonu a dokonce i testování velryb dechovým testem.
Přechod z pozemních operací dronů na provoz na otevřeném oceánu však představuje strmé výzvy - jak ilustruje expedice mořských želv Olive Ridley. V případě projektu mořská želva se magnetický písek stal další výzvou na seznamu úkolů plánování mise, které již zahrnovaly slanou vodu, odrazné oslnění, krátkou životnost baterie, trhané vody a větrné podmínky.
Tak proč si někteří vědci myslí, že použití dronů v oceánu stojí za to?
Vzácná mořská želva olivového ridley dorazí na pláž v Ostional v Kostarice. Droni by mohli vědcům pomoci zjistit jejich záhadné chování na moři. (Solvin Zankl / Alamy) Jedním z důvodů, proč výzkumné instituce dychtivě používají technologii dronů, je to, že cena spotřebitelských robotů se konečně stala v rámci jejich možností. Nízko-koncový robot používaný pro účely výuky může být až 500 USD a vyšší modely s sofistikovanými senzory a fotoaparáty mají cenu od 20 000 do 50 000 USD. Další je, že polní operace v otevřeném oceánu jsou pro členy posádky přirozeně nebezpečné - stejně jako letadla. Studie z roku 2003 týkající se nebezpečí biologů volně žijících živočichů uváděla havárie lehkých letadel jako zabijáka polních vědců číslo jedna.
Ministerstvo obrany začalo s pozemským využitím dronů s vynálezem dravce v roce 1994. Od té doby se drony staly všudypřítomnými - a někdy kontroverzními - vojenskými nástroji. Přesto podle Johna C. Coffey, inženýra vedoucích systémů pro Národní oceánskou a atmosférickou správu (NOAA), se drony staly ohniskem oceánského výzkumu před pěti lety. Přestože je lze vysledovat až po projekty NOAA, které sahají o něco více než před deseti lety, je třeba vyřešit řadu překážek, než bude technologie dostatečně spolehlivá pro použití v terénu.
Prostředí lodi může být pro drona docela matoucí. "Lodní operace jsou 10 až 100krát těžší než operace na pevnině, " říká Coffey. Pro udržení rovnováhy a směru se dron spoléhá na řadu senzorů, které měří gravitační sílu, atmosférický tlak, magnetické pole Země a úhlovou rotaci. Tyto senzory jsou kalibrovány podle předletového stavu prostředí. Ale lodní paluba způsobuje skalní start. Houpání může způsobit špatnou kalibraci, odeslání robota na neočekávané plavání v polovině letu a pobízet záchrannou misi frustrovanými vědci. Vodotěsné drony existují, ale často nepodporují vhodné senzory pro sběr dat.
"Vzlet a přistání z pohyblivého cíle je opravdu těžké, " říká Coffey. Navíc samotná loď vysílá řadu signálů, jako je radar a rádio, které mohou způsobovat problémy letovému letu dronů. Tyto signály, souhrnně známé jako elektromagnetické rušení, musí být vzaty v úvahu před plánovanou misí. Překážky způsobené nestabilním mořem způsobily, že někteří vědci zaujali kreativní přístup.
Michael Moore z oceánografického institutu Woods Hole zkoumá mořské savce, konkrétně velké velryby ballonské, jako jsou keporkaků a pravých velryb. Spolu s těmito giganty pracoval posledních 37 let a začal se zajímat o hodnocení stavu velryb prostřednictvím leteckých průzkumů s využitím malých letadel před 20 lety. Moore, inspirovaný prací kolegy pomocí dronů k průzkumu populace tučňáků v Antarktidě, se rozhodl v roce 2013 zkusit použít drony.
Velryby žijí značnou vzdálenost od pobřeží a protože FAA vyžaduje přímou viditelnost mezi pilotem a dronem, nebylo možné řešit pobřežní vzlet. Místo toho Moore a jeho kolegové potřebovali letět dronem z malé lodi. Ale když se zeptal na námořnictvo kontakty na létající logistiku, říká Moore, dostal varovné poznámky k pochybnostem.
Vědci nejprve podváděli dron kalibrováním na zemi a okamžitě ho zastavili, než jej přenesli na loď a vydali se na vodu. Inženýr týmu Moore, Don LeRoi, však později vyvinul kódovou opravu pro robot Mikrokopter, který použil, a do roku 2014 Mikrokopter absorboval kód „lodního režimu“ do svého operačního systému. Společnost 3D Robotics, největší americký výrobce spotřebitelských robotů, letos v dubnu oznámila, že ve svém novém sólovém robotovi Solo podporují podobný software.
"Hádejte co, přišli jsme na to, " říká Moore.
Tato fotografie také pořízená hexacopterem ukazuje srovnávací tělesné stavy kosatek. Samice nahoře vypadá hubená a ve špatném stavu. Velryba na dně je těhotná, její tělo vyboulené dozadu od hrudní klece. (NOAA, Vancouverské akvárium) Moore nyní pravidelně používá drony a zdokonaluje metodu sběru úderů velryb, kdy se dron hexacopter vznáší šest až deset stop nad ponořenou velrybou a čeká, až se zvíře vynoří a vydechne. Na vrcholu dronu je umístěna sterilizovaná deska, která shromažďuje kondenzovanou páru. Moore doufá, že shromáždí dostatek chemických údajů, včetně DNA, mikrobiální přítomnosti a hladin hormonů z velrybího dechu, aby vyvinul metodu pro hodnocení zdraví velryb. Úspěšná sbírka vyžaduje, aby pilot dronu seděl dron okamžitě v palebném dosahu nafukovacího otvoru.
Z lodi se vědci spoléhají na vizuální podněty. "(Dron) má tendenci se trochu třpytit, " říká Moore.
Možná mnohem hrozivější než technické výzvy robotických výzkumných robotů jsou byrokratické výzvy FAA. Provoz prostřednictvím vládní agentury NOAA má standardní protokol podobný všem ostatním veřejným letadlům, která létají na obloze, ale veřejné subjekty, jako jsou univerzity a výzkumné instituce, musí požádat o výjimku. Podle výjimky musí být pilot dronů pilot s licencí, letět dronem pod 400 stop během dne a být v dohledu drona.
Nový vývoj však může vědcům usnadnit přístup a používání dronů pro tento druh výzkumu. Počínaje 29. srpnem se nová sekce pravidel FAA (oddíl 107) zaměřila na zvýšení počtu nezletilých, kteří mají přístup k dronům, přidáním zvláštního testu, kdy se jednotlivec z instituce nebo korporace může stát certifikovaným pilotem dronů. .
Duke University dokonce na podzim roku 2015 otevřela nové středisko, Marine Conservation Ecology Unmanned Systems Facility, které má zájemcům o studium a studentům usnadnit orientaci ve složitých technologiích a předpisech souvisejících s výzkumnými projekty v oblasti oceánů založených na dronech. Toto léto toto středisko nabídlo své první třídy a do konce října plánuje dokončení svého střediska ve zrekonstruované loděnici. Workshop o využití dronů pro námořní aplikace v Duke v létě 2015, který zahrnoval více než 50 odborníků na autonomní technologii vozidel, zdůraznil potřebu centra pro koordinaci regionálních a globálních projektů.
David Johnston, ředitel zařízení, tvrdí, že univerzita může být centrem pro spolupráci a sdílení informací pro budoucí výzkum v oblasti oceánských dronů. Vidí překážky jako magnetické rušení z písku v Kostarice jako nezbytnost pro další rozvoj technologie. "Drony jsou dalším příkladem, kde můžeme použít pro vzorkování životního prostředí novými způsoby a řešit otázky, které bychom nemuseli nutně zvládnout snadno nebo vůbec."
Zjistěte více o mořích pomocí portálu Smithsonian Ocean Portal.
