В августе 2015 года группа исследователей океана собралась на побережье Коста-Рики, чтобы изучить гнездовье редкой морской черепахи Олив Ридли. Ученые хотели выяснить таинственное поведение черепах в море - неизвестное даже специалистам по ежегодной миграции рептилий, известной как аррибада. Для этого они обратились к маловероятному инструменту исследования: дронам. Далеко над ними на месте происшествия осмотрел крылатый планер SenseFly eBee.
Используя планер, исследователи смогли наблюдать за черепахами, собирающимися в море скоплениями, прежде чем отправиться на пляж, чтобы гнездиться - открытие, которое подняло новые поведенческие вопросы. Но после пяти полетов специалист по дронам Рет Ньютон из Университета Дьюка заметил нечто странное. Песок с пляжа цеплялся за металлические части самолета. Более тревожный, странный шум издавал из двигателя.
«Когда мы начали работать с двигателем, мы начали слышать звуки хрустящего типа», - говорит Ньютон. Это было, если в передачах был песок.
Там было. Песок, который был вулканического характера, стал притягиваться к двигателям двигателя. Это было проблемой, которую исследователи не ожидали. Обеспокоенные песком могут помешать электронные датчики беспилотника, они переехали на близлежащее футбольное поле и сельскохозяйственные угодья. «В противном случае это полностью уничтожило бы наш самолет», - говорит Ньютон.
Дроны предназначены не только для военных и технологически склонных. Теперь исследователи, которые обычно думают о дайвинге или пробежке, начинают обращаться к небу, чтобы помочь им решать вопросы, которые в противном случае были бы безответственными. Беспилотники, или Беспилотные автономные системы (БАС), могут обеспечить решающее преимущество, когда дело доходит до подсчета популяций морских львов, отслеживания коралловых рифов, картирования цветений фитопланктона и даже тестирования китов на алкотестере.
Тем не менее, переход от наземных операций дронов к работе в открытом океане ставит крутые задачи - как показывает экспедиция морских черепах Олив Ридли. В случае проекта «Морская черепаха», магнитный песок стал еще одной проблемой в списке соображений планирования миссии, которые уже включали соленую воду, отражающие блики, короткое время автономной работы, неспокойные воды и ветреные условия.
Так почему некоторые исследователи считают, что использование дронов в океане того стоит?
Редкая оливковая морская черепаха Ридли прибывает на пляж Osional, Коста-Рика. Дроны могут помочь исследователям выяснить их таинственное поведение в море. (Солвин Занкл / Алами) Одна из причин, по которой исследовательские институты стремятся использовать технологию беспилотных летательных аппаратов, заключается в том, что цена на потребительские беспилотники наконец-то стала по средствам. Низкоуровневый беспилотник, используемый в учебных целях, может стоить всего 500 долларов, а более дорогие модели со сложными датчиками и камерами стоят по цене от 20 000 до 50 000 долларов. Другое - полевые операции в открытом океане по своей природе опасны для членов экипажа, как и самолеты. В 2003 году исследование опасностей биологов дикой природы указало, что легкие авиакатастрофы стали убийцей номер один среди полевых ученых.
Министерство обороны начало крупное наземное использование беспилотников с изобретением Хищника в 1994 году. С тех пор беспилотники стали повсеместным, а иногда и спорным военным инструментом. Тем не менее, по словам Джона К. Коффи, ведущего системного инженера из Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), беспилотники стали предметом исследований океанов только пять лет назад. В то время как их можно проследить до проектов NOAA, берущих начало чуть более десяти лет назад, необходимо преодолеть ряд препятствий, прежде чем технология станет достаточно надежной для использования в полевых условиях.
Окружение корабля может быть довольно запутанным для дрона. «Судовые операции в 10–100 раз сложнее, чем наземные», - говорит Коффи. Чтобы поддерживать равновесие и направление, дрон опирается на серию датчиков, которые измеряют силу тяжести, атмосферное давление, магнитное поле Земли и угловое вращение. Эти датчики откалиброваны до условий окружающей среды предполетной проверки. Но палуба корабля делает скалистое начало. Раскачивание может привести к неправильной калибровке, посылая беспилотник в неожиданный полет в полете и вызвав спасательную миссию разочарованных ученых. Существуют водонепроницаемые дроны, но они часто не поддерживают соответствующие датчики для сбора данных.
«Взлетать и приземляться с движущейся цели очень сложно», - говорит Коффи. Кроме того, сам корабль посылает серию сигналов, таких как радар и радио, которые могут вызвать проблемы в полете беспилотника. Все вместе известные как электромагнитные помехи, эти сигналы должны быть приняты во внимание до запланированной миссии. Препятствия, создаваемые нестабильным морем, заставили некоторых ученых проявить более творческий подход.
Майкл Мур из Океанографического института Вудс-Хоул исследует морских млекопитающих, особенно крупных усатых китов, таких как горбатые и правые киты. Он работал вместе с этими гигантами в течение последних 37 лет и заинтересовался оценкой здоровья китов с помощью аэрофотосъемки с использованием небольших самолетов 20 лет назад. Вдохновленный работой коллеги по использованию беспилотников для обследования популяций пингвинов в Антарктике, Мур решил попробовать использовать беспилотники в 2013 году.
Киты живут на значительном расстоянии от берега, и, поскольку АВС требует прямой видимости между пилотом и беспилотником, о взлете с берега не могло быть и речи. Вместо этого Мур и его коллеги должны были управлять беспилотником из маленькой лодки. Но, когда он спросил контакты во флоте о летной логистике, говорит Мур, он получил предостерегающее сомнение.
Сначала ученые обманули дрон, откалибровав его на суше и немедленно отключив, перед тем как перенести его на лодку и направиться к воде. Но инженер из команды Мура, Дон Лерой, позже разработал патч для кода использованного ими дрона Mikrokopter, и к 2014 году Mikrokopter внедрил код «режима лодки» в свою операционную систему. 3D Robotics, крупнейший производитель потребительских беспилотников в США, объявил в апреле этого года, что будет поддерживать аналогичное программное обеспечение в своем новом беспилотнике Solo.
«Угадай, что мы поняли», - говорит Мур.
Эта фотография, также сделанная гексакоптером, показывает сравнительное состояние тела косаток. Самка сверху выглядит худой и в плохом состоянии. Кит внизу беременен, ее тело выпукло позади грудной клетки. (NOAA, Ванкуверский Аквариум) В настоящее время Мур использует беспилотники на регулярной основе и совершенствует метод сбора ударов китов, при котором беспилотник-гексакоптер зависает на глубине от шести до десяти футов над погруженным китом и ждет, когда животное поднимется на поверхность и выдохнет. Стерилизованная тарелка находится сверху дрона, который собирает конденсированные пары. Мур надеется собрать достаточное количество химических данных, включая ДНК, микробное присутствие и уровень гормонов в дыхании китов, чтобы разработать метод оценки здоровья китов. Успешный сбор требует, чтобы пилот-дрон сидел дроном непосредственно в пределах дальности стрельбы из отверстия.
С лодки ученые полагаются на визуальные подсказки. «(Дрон) имеет тенденцию немного мерцать, - говорит Мур.
Возможно, более серьезными, чем технические проблемы океанских исследовательских беспилотников, являются бюрократические проблемы со стороны FAA. Операции через NOAA, правительственное агентство, имеют стандартный протокол, аналогичный всем другим государственным воздушным судам, которые летают в небе, но государственные организации, такие как университеты и исследовательские институты, должны подать заявку на освобождение. Согласно исключению, пилот-дрон должен быть лицензированным пилотом, летать на дроне ниже 400 футов в течение дня и находиться в поле зрения дрона.
Новая разработка, однако, может помочь исследователям получить доступ и использовать беспилотники для такого рода исследований. Начиная с 29 августа, новый раздел в правилах FAA (раздел 107) был нацелен на увеличение числа людей, не занимающихся хобби, которые имеют доступ к беспилотникам, добавив специальный тест, где человек из учреждения или корпорации может стать сертифицированным пилотом-дроном.,
Осенью 2015 года Университет Дьюка даже открыл новый центр - Средство беспилотных систем экологии морской среды, чтобы помочь заинтересованным исследователям и студентам ориентироваться в сложных технологиях и правилах, касающихся исследовательских проектов, основанных на изучении дронов. Этим летом центр предложил свои первые занятия и планирует завершить свой центр в отреставрированном банном домике к концу октября. Семинар по использованию дронов для морских применений в Duke летом 2015 года, в котором приняли участие более 50 экспертов в области технологий автономных транспортных средств, подчеркнул необходимость создания центра для координации региональных и глобальных проектов.
Дэвид Джонстон, директор предприятия, говорит, что он возглавляет университет, который может стать центром сотрудничества и обмена информацией для будущих исследований дронов океана. Он считает, что неудачи, такие как магнитные помехи от песка в Коста-Рике, необходимы для развития технологии. «Беспилотники - это еще один пример того, как мы можем использовать новые образцы окружающей среды и решать вопросы, которые мы не всегда могли бы решить легко или даже вообще».
Узнайте больше о морях с порталом Смитсоновского океана.
