@ SAMS والعلوم + الحكم الذاتي = الإجابات

الدكتور فيل أندرسون وزوارق الكاياك. صور من SAMS.

أصبحت الطائرات الشراعية منصة تستخدم بانتظام لرصد المحيطات. صور من SAMS.

تُستخدم سامزيا غافيا في مجموعة واسعة من المهام. صور من SAMS.

Previous Next

القليل من المشاريع البحثية المتعلقة بالبحر والمحيطات اليوم لا تنطوي على شكل من أشكال نظام روبوت أو بحري مستقل تحت الماء. تتحدث إلين ماسلين عن كيفية استخدامها من قبل الجمعية الاسكتلندية لعلوم البحار.

سواء أكانت مركبات كبيرة مستقلة تعمل تحت الماء (AUVs) ، ومركبات تعمل عن بعد (ROVs) ، والطائرات الشراعية ، وهبوط الطائرات ، وأنظمة AUV المحمولة الصغيرة وحتى المركبات المحمولة جواً ، فقد أصبحت الأنظمة غير المأهولة أداة يومية. وعلى الرغم من توفر الأنظمة الجاهزة الجاهزة الآن بسهولة ، فإن الوصول السهل إلى المكونات يمكّن الباحثين من تجميع المنصات المخصصة لتلبية الاحتياجات البحثية المحددة.

والنتيجة هي أن الوصول إلى البيانات العلمية للبحوث البحرية التي يمكن جمعها وحلها يتم توسيعه. العمل الذي قامت به الجمعية الاسكتلندية لعلوم البحار (SAMS) هو مثال على ذلك. إنها منظمة خيرية ، تعود جذورها في القرن التاسع عشر ، وهي تقوم بأكثر مما قد يوحي موقعها البعيد على الساحل الغربي الرطب والجشع لاسكتلندا. تشارك في مشاريع على المسرح العالمي وهناك مناطق قليلة من البحار والمحيطات لم تكن على الأقل بعض الدراسات فيها ؛ من النظر إلى قابلية صيد القريدس المرتجع إلى سلوك دورة المحيط الأطلسي المقلوبة (AMOC) وتأثيرها على أنماط المناخ العالمي.

لدى شركة سامز أسطول من المركبات للمساعدة في عملها. في الواقع ، احتفل عام 2019 بمرور 10 سنوات على استخدام طائرة شراعية لأول مرة ، وهي طائرة شراعية تحمل اسم Talisker ، تم نشرها مؤخرًا قبالة جزر اسكتلندا الغربية للاستماع إلى الحيتان. حتى تاريخه (أو حتى وقت زيارتي في أكتوبر 2019) ، نشرت سامز 19 طائرة شراعية مختلفة ، مكتملةً إجمالياً - 38 مهمة على مدار 4201 يومًا ، تغطي 68،238 كم. سجلت Talisker نفسها أكثر من 12000 كم وانضم إليها اثنان آخران من Seagliders: Ardbed و Corryvreckan.

يشمل أسطول SAMS 'ROVs و AUVs والطائرات الشراعية ، فضلاً عن المركبات الجوية غير المأهولة (الطائرات بدون طيار / الطائرات بدون طيار) وحتى المركبات التي يتم بناؤها بنفسها.

العمل في ثلجي ، ليلة 24 ساعة في القطب الشمالي النرويجي. تصوير مايكل أو. سنايدر.

رصد النظم الإيكولوجية في القطب الشمالي
تعمل هذه الأنظمة الأساسية على تمكين جمع البيانات من قبل مكلفة للغاية أو يصعب القيام بها من قبل. على سبيل المثال ، يقود الأستاذ فينلو كوتييه والدكتور ماري بورتر من شركة سامز مشروع PRIZE في القطب الشمالي. انها ليست في الواقع جائزة. PRIZE تعني "الإنتاجية في منطقة الجليد". على وجه التحديد ، إنها إنتاجية العوالق النباتية. تميل هذه المخلوقات إلى الازدهار كل ربيع - بدء تشغيل النظام البيئي بعد فصل الشتاء. ولكن ، ما يثير الشرور ، ومتى ، ومدى وكيفية تأثر ذلك بالتغيرات في تقلص تغطية الجليد البحري الموسمي ليس مفهوما جيدا.

ذلك لأن مراقبة المناطق القطبية الشمالية خلال فصل الشتاء البارد المظلم ليس بالأمر السهل ، لذلك البيانات قليلة وعادة ما يتم الحصول عليها فقط في الصيف. في عام 2018 ، كانت سامز جزءًا من مجموعة تسعى إلى تغيير ذلك. وذهب إلى بحر بارنتس في القطب الشمالي النرويجي في كانون الثاني (ظلام دامس 24 ساعة) ، أبريل ويوليو (التوقيت الصيفي 24 ساعة) - وهو شيء لم يفعله أحد في هذا المجال في سنة واحدة - لجمع البيانات عن الرحلات البحرية باستخدام سفن البحث ( هيلمر هانسن من جامعة ترومسو و RRS جيمس كلارك روس من جامعة ترومسو. لملء الفجوات لعدة أشهر بين الرحلات البحرية والتداخل مع الرحلات البحرية ، تم نشر الطائرات الشراعية G2 Slocum. يعد Slocum المستخدم جزءًا من مجموعة أنظمة Marine Autonomous & Robotics Systems (MARS) في المملكة المتحدة ويمكنه الغوص حتى عمق 200 متر.

بدعم من النمذجة ، تمكن العلماء من وضع Slocum في المكان المناسب في الوقت المناسب عندما بدأت الطحالب. تكتشف مستشعرات المركبات وكلاء الكلوروفيل (يرسل الضوء ويكتشف التغير في الطول الموجي للعودة لاكتشاف ما يوجد / مقياس التألق). يقول الدكتور بورتر إن هذه الأمور انتقلت من "أعلى مستوى الخلفية إلى ما يقرب من ثلاثة أيام تقريبًا ورسمت كيف تحرك". بالإضافة إلى اكتشاف العوالق النباتية ، تقيس السيارة أيضًا معايير أخرى: درجة الحرارة ، الملوحة ، الأكسجين المذاب ، العمق ، متوسط التيار ، الإضاءة المحيطة ، حتى يتمكن العلماء من محاولة فهم الصورة الأوسع.

يقول البروفيسور كوتييه "هذا هو المكان الذي تكون فيه الروبوتات جيدة حقًا". "إنها محدودة بسبب البطاريات ولكنها مفيدة للغاية ، لذلك هناك رغبة في استخدامها أكثر في هذه المناطق ، خاصة في النوافذ (الموسمية) الصعبة."

ولكن ، هناك مفاضلات. مقدار الأجهزة التي تأخذها حدود طول المهمة بسبب سعة البطارية. والأكثر من ذلك ، كما تشير الدكتورة بورتر إلى أن درجات الحرارة المتجمدة في المياه القطبية تستنزف البطاريات بشكل أسرع من المياه الدافئة. مع وجود عدد قليل من خيارات الاسترداد في المنطقة - أقرب ميناء هو 24 سفينة تبخر - اضطر المشروع إلى موازنة المخاطر أيضًا. ومن خلال العمل في المناطق التي تعج بالجليد ، كان لابد من الاهتمام عن قرب بإمكانية الحصول على المياه العذبة ، من ذوبان الجليد ، مما سيؤثر على أداء السيارة التي تحركها الطفو ، واحتمال أن تتعطل المركبة تحت الجليد ، والتي يمكن أن تتحرك أسرع ، يقودها الجليد ، على سطح البحر من السيارة نفسها. هناك أيضا التيارات تحت الماء ، التي يقودها قياس الأعماق ، أن نكون حذرين من.

والنتيجة هي فهم أفضل للأزهار الطحالب. باستخدام هذه البيانات ، يمكن للفريق الآن العمل مع البيانات التي جمعتها المنظمات النرويجية على مدار 20 عامًا لإبلاغ النماذج والتنبؤات بما يمكن أن يحدث في السنوات المقبلة. وهناك مشروع آخر ، هو مشروع نانسن ، الذي بدأ الآن في النرويج ، وسيتطلع أيضًا إلى التقاط عباءة المراقبة.

تُستخدم سامزيا غافيا في مجموعة واسعة من المهام. صور من SAMS.

مشروع الاستماع
مشروع SAMS الآخر هو COMPASS (علم المحيطات التعاوني ومراقبة المناطق المحمية والأنواع). تحت كومباس ، ينظر الدكتور أندي ديل والدكتور دينيس ريش في الطريقة التي تتحرك بها الحياة في جميع أنحاء منطقة البحر بين جمهورية أيرلندا وأيرلندا واسكتلندا. قد لا تكون منطقة ضخمة ، نسبة إلى المحيط المفتوح ، لكنها منطقة معقدة. تتأثر المنطقة بشدة بالتيارات البطيئة من الحافة القارية وهي تتبع منحدرًا إلى الشمال. يذهب البعض إلى الرف. هناك تيار حول الجزء العلوي من جمهورية أيرلندا ، واحد يأتي من البحر الأيرلندي. يأتي الماء الأطلسي إلى هذه المنطقة ويتجه شمالًا ويتجه شمالًا. هذه التيارات تدفع البيئة في المنطقة ، فتجلب المواد الغذائية والكائنات الحية. فهم هذه سيساعد في دعم النماذج والمدخلات في المناطق المحمية البحرية.

جزء من المشروع هو إنشاء شبكة من العوامات لتتبع ونمذجة ومراقبة الحياة المائية والعمليات الأوقيانوغرافية في هذه المناطق. يرسل العلماء أيضًا سنويًا Seaglider في مهمة مخططة في مسار على شكل مثلث ، يجمعون البيانات كما هي. هذا يعني أن العلماء يمكنهم رؤية التغييرات كل عام وتحديث نماذج التدفق الخاصة بهم. في عام 2018 ، تم إرسال طائرة شراعية من أغسطس إلى منتصف سبتمبر ، تغطي حوالي ستة أسابيع ، ومرة أخرى في عام 2019.

يتم استخدام طائرة شراعية لجمع ملامح من خصائص المياه - درجة الحرارة ، الملوحة ، الكلوروفيل ، الأكسجين ، التعكر ، وما إلى ذلك - أثناء انتقاله. باستخدام هذه المعلومات ، يمكن حساب كثافة المياه والتي يتم استخدامها لفهم مصدر التدفق. يقول الدكتور ديل إن استخدام طائرة شراعية له بعض الفوائد المهمة للمساعدة في القيام بذلك ، ولكن أيضًا التحديات.

يقول: "ليس من السهولة وضع طائرة شراعية في الماء ولكنه يوفر المال والوقت". "يذهب إلى هناك ويستمر معه. لا يوجد أي خطر من التعرض للعوامل الجوية. يوفر الكثير من البيانات لأن طائرة شراعية تتجه باستمرار نحو الأعلى والأسفل. دقة البيانات على طول المسار أكبر بكثير مما لو كنا أخذ عينات من قارب. "لكن ، كما يقول ، هناك مفاضلة. "من الصعب الحصول على خط مستقيم لأنه يمكن تهيئته بالرياح والأمواج. عندما يغوص ، هناك ملف تعريف أكثر تعقيدًا مما قد نحصل عليه من وعاء. يجب أن يكون لدينا نماذج معقدة لضبط (البيانات) لذلك. يمكن للنمو البحري أن يجعل الطريقة التي يتغير بها الطيران. نحن نحاول تصحيح ذلك قدر المستطاع. "هناك تحد آخر يتمثل في منطقة النشوة الضحلة (حيث يمر الضوء) - حيث يوجد مساحة أقل لمسارها الطفو الذي يشهده البحر. المد والجزر هي أيضا أقوى على الرف.
كجزء من المشروع ، تتم مراقبة الثدييات البحرية باستخدام 10 مسجلات صوتية ثابتة ثابتة (Soundtrap ، أوشن إنسترومنتس ، المحدودة) في جميع أنحاء المنطقة لتسجيل مستويات الضوضاء المحيطة ، كما يقول الدكتور ريش. قبل وضع المسجلات ، كان هناك القليل من المعلومات حول الثدييات البحرية وتحركاتها في هذا المجال ، ولكن من المعروف أنها نقطة ساخنة لبعض الأنواع ، مثل خنازير الميناء والحوت الزعانف ، لذلك فهي منطقة محمية بحرية ومنطقة خاصة الحفظ. ولكن هناك حاجة إلى مزيد من المعرفة حول عدد هذه الأنواع الموجودة والأماكن التي تذهب فيها للتأكد من أن المناطق المحمية تغطي المناطق الصحيحة. لتكملة المستشعرات الثابتة ، التي لا تلتقط سوى أصوات الثدييات إلى 500 متر ، بدأ الفريق في استخدام الطائرات الشراعية.

يقول الدكتور ريش: "أصبحت المسجلات الصوتية أصغر وأصغر ، بعضها أصغر بما يكفي لتعلق بالحيوانات نفسها". "هذا يجعلها مفيدة للتعلق بالطائرات الشراعية ، بعضها يحتوي بالفعل على مكبرات صوت." في الوقت الحالي ، كل شيء يتعلق بالتجربة والخطأ ، واختبار أنظمة مختلفة "لمعرفة الخلل والأدوات التي من الأفضل استخدامها. وتقول: "يمكننا بعد ذلك إرفاقهم بجميع المهام التي نقوم بها". يشمل ذلك رحلات الطائرات الشراعية على طول خط Ellett ، وهو مسح سنوي بين اسكتلندا وأيسلندا ، والذي بدأ في عام 1948 (على نطاق أكثر محدودية). يتم ذلك مع سفينة ولكن يمكن القيام به مع الطائرات الشراعية ، بسبب القدرة على التحمل الطويلة.

يقول الدكتور ريش: "ستكون القيمة عبارة عن بيانات طويلة الأجل حيث يمكننا معرفة ما تقوم به (الثدييات البحرية) في الماء" ، كما يوضح "توزيع الأنواع وما يحدث في الخارج وأي آثار لتغير المناخ".

نشر طالب الدكتوراه ، جيمس كوجان ، ecoSUB خلال مهمة لفهم مدى ذوبان الأنهار الجليدية. صورة من SAMS.

الجليدية Gavias
هناك منطقة أخرى حيث تساعد المركبات الصغيرة التي تعمل تحت الماء العلماء في الاقتراب من الأشياء التي يرغبون في دراستها وهي على حافة الجليد. قد يكون عمل المسح بالقرب من حافة الأنهار الجليدية خطيرًا جدًا على سفينة المسح بسبب السقوط أو الولادة.

باستخدام Teledyne Gavia ، لا يتعين على السفينة الاقتراب. في 2016-2017 ، استخدمت SAMS Gavia ، التي يطلق عليها Freya ، للقيام بذلك في سفالبارد. هناك ، كان قادرًا على مسح قاع البحر الذي كان مختبئًا في السابق بواسطة الأنهار الجليدية المتراجعة الآن. تم جمع الصور الفوتوغرافية وصور السونار والمعلومات الأوقيانوغرافية المهمة لمساعدة العلماء على فهم كيف يؤثر معدل الذوبان المتزايد الناجم عن تغير المناخ على قاع البحر أسفل الأنهار الجليدية. ثم تم دمج هذه البيانات مع بيانات الأقمار الصناعية لحساب معدلات تراجع الجليد الجليدي على مدار السنوات العشر الماضية ونشرت مؤخرًا في مجلة الجيولوجيا البحرية. ثم ، في صيف عام 2019 ، ذهب الفريق إلى أبعد من ذلك ، مستخدمًا ecoSUB AUV (في الصورة) ، و Freya وطائرة بدون طيار ، حيث يمكن تحديد الموقع الجغرافي للبيانات ، مما يتيح للعلماء طريقة لإلقاء نظرة أفضل على التصريف تحت الجليد - أو كيفية خلط تؤثر مياه المحيط الأطلسي والقطب الشمالي على ولادة الجليد.

يبلغ طول الطائرة بدون طيار ecoSUB - إضافة حديثة إلى أسطول SAMS - أقل من متر وتزن أقل من 4 كجم وتراجع إلى عمق 100 متر لجمع البيانات بما في ذلك درجة الحرارة والملوحة ، بينما ستجمع Freya مرة أخرى بيانات قياس الأعماق.
الذهاب بدون طيار على الأمواج

ليس كل البحوث البحرية يجب أن تكون تحت الأمواج. الدكتور Phil Anderson هو عالم فيزيائي ، لكنه وجد نفسه يقوم أيضًا ببناء وتكييف الروبوتات - البحر والمحمولة جواً. عملية الاستحواذ الأخيرة عبارة عن طائرة بدون طيار من نوع Tetra Drones UAV يمكنها أن تهبط بأمان على الماء لامتصاص وترشيح المياه ، وجمع عينات من الطحالب. هذا هو الكشف عن أزهار الطحالب الضارة قبل قراءة المزارع السمكية حيث يمكن أن تسبب مشاكل في المخزون. إن معرفة كيفية تحرك هذه الإزهار الضارة والتفاعل مع البيئة ، وخاصة "الساحل الساحق" على الساحل الغربي لاسكتلندا ومناطق أخرى مناسبة لمزارع الأسماك ، ليست مفهومة جيدًا ، لذا فإن هذا النوع من جمع العينات يساعد. في الوقت الحالي ، يخرج مشغلو المزارع السمكية ويغوصون في دلو من الماء.

بينما تضيف الطائرات بدون طيار قدرة كبيرة ، إلا أنها تتمتع بقدرة محدودة على التحمل ، لذلك قام الدكتور أندرسون بتحويل زورق Pyranha الذي سيكون قادرًا على القيام ببعثات جمع عينات أطول. على عكس الطائرات بدون طيار ، ستتمكن أيضًا من جمع عينات غير مصفاة حيث لن تتعرض الطحالب للتلف للتحليل. لم يتم بعد صياغة معدلات أخذ العينات بالكامل ؛ يجري مفاضلة أخرى ، بين منطقة التغطية والقرار.
يقول الدكتور أندرسون ، إنه يتم بناء كل شيء من مكونات طائرة الهواة القياسية - مع برامج مختلفة - وبعض أجهزة الدفع الصغيرة التي ستمكّن من برمجتها على السير في مسارات آلية ، وكل ذلك بتكلفة تقل عن 300 جنيه إسترليني. سيكون لديها أيضًا قبة زجاجية مع مطياف للكشف عن الإزهار والطحالب. يقول: "إنها طريقة معقولة للحصول على كيلومتر واحد من الشاطئ لالتقاط العينات والعودة". "يمكن أن يكون ذلك حول مول أو يمكن أن يذهب إلى أيرلندا ، إنه يحتاج فقط إلى بطاريات كافية."

يقول إن القدرة على إنشاء أنظمة كهذه - في فجوة بين طائرات بدون طيار ومركبات من الدرجة العسكرية - مدفوعة بإمكانية الوصول إلى المكونات المصغرة التي أصبحت رخيصة بدرجة تكفي صناعة صناعة الهواتف المحمولة. تعني هذه القدرة أن بإمكان العلماء تصميم أنظمة حول سؤال يريدون الإجابة عليه ، بدلاً من محاولة جعل النظام مناسبًا. ويقول إن الأمر سوف يصبح أسهل ، حيث تتعلم الأنظمة التحدث مع بعضها البعض ، حتى لو كان ذلك في بروتوكولات مختلفة.

هناك الكثير مما يحدث في سامز. على سبيل المثال ، في إطار مشروع NEXUSS - Next Generation Unmanned Systems Science ، يستخدم Jason Salt أداة Seaglider لجمع بيانات حول أزهار العوالق النباتية في المحيط الأطلسي. إن اكتشاف المواد البلاستيكية الدقيقة في البيئة البحرية هو محور مشروع آخر ، باستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء الفائقة الطيفية على طائرة بدون طيار. نتطلع إلى معرفة المزيد وإخبارك به.

أسطول سامز:
- ثلاثة Seagliders 1K (Talisker ، Ardbeg و Corryvreckan) - مملوكة من قبل SAMS.
- تستخدم شركة سامز أيضًا طائرات شراعية أخرى مملوكة لأنظمة البحرية الآلية والروبوتية
المريخ ، هناك ~ 30 في المجمع الوطني)
- 1 Remus 600 AUV - مملوكة لشركة سامز
- 1 Gavia Offshore Surveyor AUV - مملوكة لشركة MARS
- 2 EcoSub AUVs - مملوكة لشركة SAMS
- 1 Mojave ROV - مملوكة لشركة MARS
- 1 Deep Trekker ROV - مملوكة لشركة سامز

أصبحت الطائرات الشراعية منصة تستخدم بانتظام لرصد المحيطات. صور من SAMS.