Эта статья взята из журнала Hakai Magazine, онлайн-публикации о науке и обществе в прибрежных экосистемах. Узнайте больше таких историй на hakaimagazine.com.
Большой Барьерный риф Австралии не может поймать перерыв: наряду с борьбой с загрязнением, ураганами и последовательными приступами обесцвечивания кораллов, самый знаковый риф в мире съедается миллионами колючих, ядовитых морские звезды, известные как терновый венец (COTS). Но в матче, подобающем научно-фантастическому фильму, ученые разработали нового робота для охоты и убийства этих морских звезд - убийственный автономный подводный аппарат под названием RangerBot.
С 2010 года население местных, потребляющих кораллы COTS находится на подъеме, и вспышка поражает Большой Барьерный риф длиной 2300 километров. На этой неделе RangerBot знакомится с рифом - и с кошмарами морских звезд - частично, чтобы помочь с постоянными усилиями по контролю над COTS. Этот автономный охотник за головами является результатом более чем десятилетней научно-исследовательской работы робототехника Квинслендского технологического университета (QUT) Мэтью Данбабина, получающего грант в размере 750 000 долларов США от некоммерческой организации Google.
Вспышки COTS были основной причиной гибели кораллов на Великом Барьерном рифе. Бум, по-видимому, вызван множеством факторов: морские звезды являются плодовитыми и быстро растущими, сельскохозяйственный сток дает пищу для их личинок, а люди истощают запасы немногих хищников, желающих съесть ядовитые подушечки. Исследования показывают, что взятие под контроль взрыва морской звезды и предотвращение будущих всплесков может помочь обратить вспять процесс сокращения кораллов на Большом барьерном рифе.
Именно здесь Данбабин увидел шанс применить свои исследования в области роботизированного зрения. Еще в 2005 году Данбабин разработал компьютеризированную систему, которая могла идентифицировать COTS с точностью около 67 процентов. Но сделать следующий шаг и адаптировать систему, чтобы фактически уничтожить морскую звезду, когда она была замечена, было большой проблемой. Чтобы убить COTS, потребовалось бы ввести токсичный раствор в каждую из примерно 20 рук морской звезды. Пропустите несколько, и животное сможет выжить и восстановиться. «Это большая задача даже для человека, и это было невозможно для роботизированной системы», - говорит Данбабин.
Но в 2014 году было найдено решение этой конкретной проблемы: открытие того, что один прием производного желчи (кислого пищеварительного сока из желчного пузыря, чаще всего от коров или овец) может быстро и полностью отослать COTS. Эти соли желчи вызывают повреждение тканей и мощный иммунный ответ, который убивает морскую звезду менее чем за 20 часов. Данбабин приступил к созданию робота на основе этой новой системы однократного впрыска. Результатом стал торпедоподобный робот под названием COTSbot. Достижения в области роботизированного зрения и искусственного интеллекта означали, что COTSbot мог распознавать COTS в 99, 4% случаев.
Морские звезды с терновым венцом питаются кораллами, и их быстро растущее население вызывает серьезные проблемы на Большом барьерном рифе Австралии. (Tarasovs / Istock)Хотя COTSbot был успешным подтверждением концепции, он имел много ограничений, препятствующих его широкому использованию на рифе. Робот был большим и дорогим, и его мог развернуть только эксперт. Данбабин и его команда представили более дешевого, более компактного робота, который был бы более универсальным и простым в использовании - видение, которое они реализовали с помощью RangerBot.
«Цель состояла в том, чтобы сделать его очень интуитивным, как сегодня беспилотники. Вы берете планшет, планируете небольшую миссию и нажимаете «играть», - говорит Данбабин. Достижение этой стадии включало в себя тестирование и усовершенствование средств контроля со многими потенциальными пользователями, включая учащихся более чем дюжины региональных средних школ. Они также усовершенствовали комплект RangerBot, предоставив ему датчики качества воды, фонари, сменные батареи и дополнительное подруливающее устройство, чтобы он мог собирать пробы воды, работать ночью и в течение более длительных периодов времени и маневрировать во всех направлениях.
Расс Бэбкок, который изучает управление COTS в Австралийской организации научных и промышленных исследований Содружества, с оптимизмом смотрит на потенциал RangerBot по расширению усилий по контролю морских звезд в более глубоких и менее доступных водах и по сбору высококачественных данных о кораллах и морских звездах для информирования текущего руководства. «Я считаю, что эти вещи имеют место в наборе инструментов морских экологов, и мы приближаемся к тому дню, когда простые морские экологи, такие как я, могут управлять им, не прибегая к помощи роботов-жокеев. Принеси это », - говорит он.
Однажды, флоты RangerBots могут автономно контролировать обширные районы Большого Барьерного рифа, говорит Бэбкок, дополняя современные системы мониторинга и вооружая менеджеров рифов лучшими данными.
Джулия Дэвис, одна из коллег Данбабина в QUT, помогла протестировать пользовательский интерфейс во время разработки RangerBot. Она сравнивает потенциал RangerBot с потенциалом системы камер дорожного движения, которая может быстро уведомлять о происшествиях и замедлениях.
Более того, Данбабин надеется, что его пять действующих роботов RangerBot смогут обеспечить ранние предупреждающие признаки вспышек COTS на Большом Барьерном рифе. Тем не менее, он остается реалистичным об ограничениях RangerBots. «Они должны быть инструментами для расширения наших программ управления», - говорит он.
Связанные истории из журнала Hakai:
- Выстрел из лайма
- Что происходит, когда умирает коралловый риф?