Новый робот может воспринимать планктон оптически и акустически

Zooglider (вверху) с подборкой изображений зоопланктона, полученных роботом. Верхнее фото: Бенджамин Уитмор

Команда биологических и физических океанографов и инженеров модифицировала общий физический океанографический инструмент, чтобы иметь возможность отображать зоопланктон, когда он скользит по океану.

Робот, первый в своем роде измерительный прибор, названный Zooglider Марком Оманом, биологическим океанографом из Института океанографии Scripps в Калифорнийском университете в Сан-Диего, использует в качестве платформы разработанный Scripps планер, известный как Spray. Разработчики инструментов Ohman и Scripps оснастили торпедообразные планеры Spray камерой (называемой Zoocam) и исследователем, назвавшим Zonar, который собирает акустические данные о зоопланктоне - свободно дрейфующих микроскопических морских животных - в виде сонарного инструмента.

Zooglider может получать изображения зоопланктона каждые пять сантиметров до глубины 400 метров или более, поскольку он направляет морскую воду в бортовой туннель для отбора проб. Новый инструмент представляет собой прорыв в том, что он позволяет наблюдать за микроскопической жизнью в его среде обитания и предоставляет информацию об этой жизни в пространственном контексте. Это расширяет возможности ученых в получении количественных данных о микроскопической жизни в определенных областях, что является фундаментальным стремлением биологических океанографов, которые изучают, как морские организмы взаимодействуют с физикой и химией окружающей среды и находятся под их влиянием.

«Почти все основные процессы в океане - круговорот углерода, производство рыбы, вредное цветение водорослей, подкисление океана, дезоксигенация - напрямую связаны со свободно дрейфующими животными открытого моря, зоопланктоном», - сказал Оман. «Это наше первое окно в их мир через полностью автономный автомобиль. Мы рады новым возможностям, которые предлагает Zooglider для визуализации и понимания этих организмов, невозмутимых в их естественной среде ».

Данные, собранные Zooglider, предоставят информацию о динамике зоопланктона, которая дает косвенную информацию о фитопланктоне, которым питается зоопланктон, и об организмах, которые питаются зоопланктоном. Zooglider также обещает бесценное представление о том, как морская флора и фауна реагирует на изменение климата.

Океанографы и инженеры физики под руководством Расса Дэвиса из Scripps разработали планер Spray, начиная с конца 1990-х годов. Робот длиной 2 метра, который можно запрограммировать с мобильного телефона, использовался для обнаружения и мониторинга условий Эль-Ниньо в Калифорнии, разливов нефти в Мексиканском заливе и течений в Соломоновом море. Спрей-планеры запрограммированы так, что они бегают по трансектам, ныряют и всплывают на качелях, так как их плавучесть управляется внутренними пузырями. Находясь на поверхности, планеры передают данные исследователям.

Оман, Дэвис, инженер-разработчик Джефф Шерман и другие добавили в Zooglider комплект оптических датчиков и систему сонара. Авторы заявили, что выбрали Spray в качестве платформы для других типов морских инструментов из-за его способности минимизировать энергопотребление и оставаться в океане в течение 50 дней или более с добавлением более сложных датчиков. Кроме того, его дизайн вызывает наименьшее разрушение микроскопических сообществ, которые он наблюдает.

«Марку [Оману] была отличная идея, чтобы нести увеличенную камеру в верхний океан на планерах, чтобы наблюдать за зоопланктоном и Джеффом [Шерманом], и я прекрасно провел время, проектируя Zoocam с большим фокусным расстоянием и устанавливая его на планере Spray, сделай зооглайдер, - сказал Дэвис. «Еще более приятно было увидеть, как новые факты поведения зоопланктона были выведены из его данных».

Соавтор Джеффри Эллен из Калифорнийского университета в Сан-Диего (Jacobs School of Engineering) разрабатывает методы, с помощью которых данные изображений Zooglider можно анализировать с помощью машинного обучения. Другие участники включают в себя Кайл Гриндли, Бенджамин Уитмор и Кэтрин Никельс из Scripps.

Разработка Zooglider была поддержана Фондом Гордона и Бетти Мур.