I august 2015 samlede en gruppe havforskere sig ved kysten af Costa Rica for at undersøge redningsopførslen for den sjældne oliven Ridley havskildpadde. Forskerne ønskede at finde ud af skildpaddernes mystiske opførsel offshore - en ukendt selv for eksperter på krybdyrenes årlige migration, kendt som arribada. For at gøre det vendte de sig til usandsynligt forskningsværktøj: droner. Langt over dem undersøgte en senseFly eBee-fast vinge-svævefly scene.
Ved hjælp af svæveflyet var forskerne i stand til at observere skildpadder, der samledes offshore i klynger, før de gik hen til stranden for at reden, en opdagelse, der rejste nye adfærdsspørgsmål. Men efter fem flyvninger bemærkede drones-specialist Rett Newton fra Duke University noget mærkeligt. Sandet fra stranden klamrede sig fast til de metalliske stykker af flyet. Mere alarmerende, der udsendte en mærkelig støj fra motoren.
”Da vi begyndte at køre motoren, begyndte vi at høre nogle crunchy lyde, ” siger Newton. Det var hvis der var sand i tandhjulene.
Der var. Sandet, der var vulkansk i naturen, var magnetisk tiltrukket af motorens motorer. Dette var en udfordring, som forskerne ikke havde forventet. Bekymret for at sandet ville forstyrre dronens elektroniske sensorer, de flyttede til en nærliggende fodboldbane og landbrugsjord. ”Ellers ville det have ødelagt vores fly fuldstændigt, ” siger Newton.
Droner er ikke kun til det militære og teknologisk tilbøjelige. Nu begynder forskere, der typisk tænker på at dykke eller vade, hen til himlen for at hjælpe dem med at tackle spørgsmål, der ellers ville være ubesvarelige. Droner eller Umannede autonome systemer (UAS) kan give en afgørende fordel, når det gælder at tælle sølejsebestande, spore koralrev, kortlægge planteplanktonblomster og endda give hvaler en åndedrætsprøve.
Alligevel giver overgangen fra landbaserede operationer med droner til drift på det åbne hav store udfordringer - som Olive Ridley havskildpaddsekspedition illustrerer. I tilfælde af havskildpaddeprojektet blev magnetisk sand endnu en udfordring på en liste med overvejelser om missionsplanlægning, der allerede omfattede saltvand, reflekterende blænding, kort batterilevetid, uklart vand og blæsende forhold.
Så hvorfor mener nogle forskere, at det er værd at bruge droner i havet?
En sjælden havskildpadde fra oliven ridley ankommer til stranden i Ostional, Costa Rica. Droner kunne hjælpe forskere med at finde ud af deres mystiske opførsel offshore. (Solvin Zankl / Alamy) En af grundene til, at forskningsinstitutioner er ivrige efter at bruge droneteknologi er, at prisen på forbrugerdroner endelig er inden for deres midler. En lavendel-drone, der bruges til undervisningsformål, kan være helt ned til $ 500, og højere ende-modeller med sofistikerede sensorer og kameraer kommer til en klistermærke mellem $ 20.000 og $ 50.000. En anden er, at feltoperationer i det åbne hav i sagens natur er farlige for besætningsmedlemmer - ligesom fly. En undersøgelse fra 2003 af farer ved dyrelivsbiologer, der er angivet med lette fly, går ned som den mest kæmpede feltforsker.
Forsvarsministeriet begyndte større landbaseret brug af droner med opfindelsen af Rovdyret i 1994. Siden da er droner blevet allestedsnærværende - og til tider kontroversielle - militære redskaber. Ifølge John C. Coffey, førende systemingeniør for National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), blev droner dog kun et fokus for oceanisk forskning for fem år siden. Mens de kan spores til NOAA-projekter, der nåede tilbage til for lidt over et årti siden, var det nødvendigt at løse en række hindringer, før teknologien var pålidelig nok til at kunne bruges i marken.
Et skibsmiljø kan være ganske forvirrende for en drone. ”Shipboard-operationer er mellem 10 og 100 gange hårdere end landbaserede operationer, ” siger Coffey. For at opretholde balance og retning er dronen afhængig af en række sensorer, der måler tyngdekraften, atmosfærisk tryk, Jordens magnetfelt og vinkelrotation. Disse sensorer er kalibreret til miljøets præflight. Men et skibsdæk giver en stenet start. Rockingen kan forårsage en dårlig kalibrering, sende dronen til en uventet svømmeturflyvning og anmode om en redningsmission af frustrerede forskere. Der findes vandtætte droner, men de understøtter ofte ikke de passende sensorer til dataindsamling.
”At starte og lande fra et bevægende mål er virkelig hårdt, ” siger Coffey. Derudover sender skibet selv en række signaler, såsom radar og radio, som kan forårsage problemer for en drone midtflyvning. Samlet kendt som elektromagnetisk interferens skal disse signaler tages i betragtning inden en planlagt mission. Hindringerne ved et ustabilt hav fik nogle forskere til at tage en mere kreativ tilgang.
Michael Moore fra Woods Hole Oceanographic Institution forsker havpattedyr, specielt store balehvaler som pukkelryg og højre hvaler. Han har arbejdet sammen med disse giganter i de sidste 37 år og blev interesseret i at vurdere hvalsundhed ved hjælp af luftfoto-undersøgelser ved hjælp af små fly for 20 år siden. Inspireret af en kollegas arbejde ved hjælp af droner til undersøgelse af pingvinpopulationer i Antarktis besluttede Moore at prøve at bruge droner i 2013.
Hvaler lever en betydelig afstand fra land, og da FAA kræver synslinie mellem en pilot og en drone, var en kystafgang ude af spørgsmålet. I stedet havde Moore og hans kolleger brug for at flyve en drone fra en lille båd. Men da han spurgte kontakter i flåden om flyvende logistik, siger Moore, modtog han advarsler om tvivl.
Først narrede forskerne dronen ved at kalibrere på land og straks lukke den ned, før de overførte den til båden og kørte ud på vandet. Men en ingeniør i Moores team, Don LeRoi, udviklede senere en kodepatch til den Mikrokopter-drone, de brugte, og i 2014 absorberede Mikrokopter “boat mode” -koden i deres operativsystem. 3D Robotics, USAs største forbrugerdroneproducent, meddelte i april, at de vil støtte lignende software i deres nye Solo-drone.
”Gæt hvad, vi regnede ud af det, ” siger Moore.
Dette foto er også taget af en hexacopter, og viser de sammenlignende kropsbetingelser for spækhuggere. Hunnen øverst ser mager ud og i dårlig stand. Hvalen i bunden er gravid, hendes krop svulmende bag på ribben. (NOAA, Vancouver Aquarium) Moore bruger nu droner regelmæssigt og perfektionerer en metode til opsamling af hvalblæsning, hvorved en hexacopterdrone svæver seks til ti meter over en nedsænket hval og venter på, at dyret overflader og udånder. En steriliseret plade sidder på toppen af dronen, som opsamler den kondenserede damp. Moore håber at indsamle nok kemiske data, inklusive DNA, mikrobiel tilstedeværelse og hormonniveauer fra hvalånden til at udvikle en metode til vurdering af hvalsundheden. Vellykket indsamling kræver, at drone-piloten sidder dronen straks inden for skydeområdet for blæsehullet.
Fra båden stoler forskere på visuelle signaler. "Dronen har en tendens til at shimmy lidt, " siger Moore.
Måske mere formidabelt end de tekniske udfordringer fra oceaniske forskningsdroner er bureaukratiske udfordringer fra FAA. Operationer gennem NOAA, et regeringsorgan, har en standardprotokol, der ligner alle andre offentlige fly, der flyver på himlen, men offentlige enheder som universiteter og forskningsinstitutioner skal ansøge om fritagelse. Under undtagelsen skal dronepiloten være en licenseret pilot, flyve dronen under 400 fod om dagen og være i synet af dronen.
En ny udvikling kan dog hjælpe med at gøre det lettere for forskere at få adgang til og bruge droner til denne form for forskning. Fra den 29. august har et nyt afsnit i FAA-reglerne (Afsnit 107) sigter mod at øge antallet af ikke-hobbyister, der har adgang til droner, ved at tilføje en særlig test, hvor en person fra en institution eller et selskab kan blive en certificeret dronepilot .
Duke University har endda åbnet et nyt center, Marine Conservation Ecology Unmanned Systems Facility, i efteråret 2015 for at hjælpe interesserede forskere og studerende med at navigere i den komplicerede teknologi og forskrifter omkring drone-baserede havforskningsprojekter. Centret tilbød sine første klasser i sommer og planlægger færdiggørelsen af sit center i et renoveret naust i slutningen af oktober. Et værksted om dronebrug til marine applikationer hos Duke i sommeren 2015, der omfattede over 50 eksperter inden for autonom køretøjsteknologi fremhævede behovet for et center til koordinering af regionale og globale projekter.
David Johnston, direktøren for anlægget, siger, at han og handler universitetet kan være et center for samarbejde og deling af information til fremtidig havdrone-forskning. Han ser tilbageslag som den magnetiske interferens fra sandet i Costa Rica som en nødvendighed for at fremme teknologien. "Droner er et andet eksempel på, hvor vi kan bruge til at prøve miljøet på nye måder og tackle spørgsmål, som vi ikke nødvendigvis ville være i stand til at tackle let, eller endda overhovedet."
Lær mere om havene med Smithsonian Ocean Portal.
