Компанія Ocean Alliance використовує інноваційні безпілотні підходи для морських досліджень. Їхнє нове рішення може вдруге зробити революцію у сфері збереження китів.
Уявіть сцену, яка візуалізує кліматичну кризу.
Можливо, Ваш розум намалював тропічні ліси Амазонки чи полярні крижані шапки, бо вирубування лісів та швидке танення давно стали точками, над якими спільнота згуртувалася для зусиль щодо збереження природи.
Проте останні дослідження показують, що саме океани відіграють ключову роль у стримуванні змін клімату. Океанічний мікроорганізм вловлює 40 відсотків викидів вуглецю на Землі та виробляє кисень для двох із кожних трьох вдихів, які Ви робите. Ці мікроскопічні водорості називаються фітопланктоном. Це водночас і наріжний камінь морської екосистеми, і високоефективна система вловлювання вуглецю.
Фітопланктон залежить від поживних речовин, включаючи фосфор, залізо та азот. На щастя, на вершині харчового ланцюга океану мешкає неймовірно ефективна машина для удобрення — кит.
Вчені виявили, що кити їдять набагато більше, ніж вважалося раніше. Масштаб їхньої ролі як добрива океану був дуже недооцінений. У дослідженні 2019 року прогнозується, що якщо кити повернуться до рівня популяції до епохи комерційного китобійного промислу, це призведе до буму фітопланктону та приголомшливого обсягу зв'язування вуглецю.
Природа вже довела уловлювання вуглецю до досконалості. Просто треба дати змогу китам їсти, удобрювати та повторювати.
Комерційний промисел китів практично припинено — більше того, природоохоронні групи використовують безпілотники для збирання доказів незаконного браконьєрства. Але ці тварини, як і раніше, наражаються на небезпеку і порушення умов довкілля через рибальські сіті, удари об судна і шумове забруднення. Щоб вжити ефективних заходів для збереження та відновлення популяції, вченим необхідно зібрати докази та зрозуміти весь вплив людської діяльності.
"Здорові кити, здорові океани, здорові люди".
Це девіз організації Ocean Alliance, що займається охороною морського середовища і стала піонером у використанні дронів для дослідження китів.
Співпраця між DJI і організацією Ocean Alliance, що базується в Массачусетсі, США, почалася в 2015 році, коли генеральний директор Ієн Керр і його команда почали використовувати дрони для збору біологічних зразків китів. Замість того, щоби брати інвазивну фізичну біопсію, дослідники чекають, поки ссавець спливе на поверхню, а потім проносять БПЛА DJI Inspire із чашкою Петрі через його хмару видиху. Це дає уявлення про гормони, ДНК та місце існування ссавця. Концепцію назвали SnotBot®.
SnotBot став відповіддю на питання, яке стояло перед дослідниками китів протягом десятиліть: як зібрати точні дані про китів, не ганяючись за тваринами на човні і не стріляючи в них дротиками для біопсії?
Але біологічні дані розповідають лише частину історії. Щоб краще зрозуміти поведінку китів, дослідники мають спостерігати за їхнім пересуванням. Це не так просто для тварин, які понад 80% свого часу проводять під водою.
Цього року Ocean Alliance розробила та випробувала новий засіб збору даних, який може вкотре здійснити революцію у роботі дослідників китів. Як і у випадку з SnotBot, у рішенні використовується адаптований дрон DJI, що дає змогу уникнути дорогої, небезпечної та стресової процедури.
Неінвазивний спосіб мічення китів
Упродовж десятиліть вчені використовували мітки для відстеження китів під водою. Один із найпоширеніших типів міток кріпиться за допомогою присосків і містить низку датчиків, включаючи гідрофон, акселерометр та камеру. Зібрані мітками дані дають змогу дослідникам отримати уявлення про особливості полювання кита, його кінетику, акустику і навіть соціальні взаємодії.
Як і збирання біологічних зразків, мічення традиційно є небезпечним та дорогим процесом. Команда досвідчених учених на кількох суднах витрачає незліченну кількість годин на гонитву за китами. Як мінімум, це неефективно.
За допомогою безпілотників усе може змінитись. Під час експедиції в Каліфорнійській затоці в лютому 2022 року компанія Ocean Alliance стала першою в світі командою, яка успішно використовувала летючих роботів для революційної зміни процесу мічення. Ця інновація може мати величезний вплив на науку про китів та охорону морського середовища загалом.
Команда Ocean Alliance використовувала модифікований DJI M210 (попередник Matrice 300) для скидання міток на присосках на синіх китів та фінвалів. Не потрібно ні погоні, ні близького підходу, ні 6-метрової жердини. Вдалося успішно встановити мітки на понад двадцяти китах, які деколи знаходилися за 500 м від човна. Вони навіть досягли 100% успіху з дуже швидкими китами-фінвалами.
Доктор Девід Уайлі з Національного морського заповідника NOAA Stellwagen Bank виступив партнером проєкту та бачив інновацію в дії.
«Це зміна на краще для китів, людей і науки», — говорить він. «За 25 років, що я займаюся міченням китів, ми завжди мріяли про те, щоб мати змогу розміщувати мітки на тваринах із повітря. Повітряна перспектива в реальному часі дає змогу стежити за китами під водою, а дослідникам бути на місці під час спливання та швидко прикріпити до них мітки».
Кожне скидання міток відбувається за класичною схемою SnotBot: дрон DJI підлітає до кита, коли той збирається видихнути. Щойно спина тварини виринає над поверхнею води, пілот випускає мітку. Падаючи, вона утримується у вертикальному положенні за допомогою кількох надрукованих на 3D-пристрої напрямних. Коли пристрій встановлено на місце, тиск, спричинений зануренням кита, забезпечує його надійність. Мітки оснащені таймерами, щоб дослідники відстежили та забрали їх через певну кількість годин.
Нове рішення не тільки неінвазивне і відносно безстресове для всіх учасників, воно розумніше, швидше й дешевше за традиційний підхід. Керр вважає, що воно стане революційним у тих частинах світу, де є популяції китів, до яких дослідники не могли наблизитися, наприклад, в Ісландії та на Мадагаскарі.
Розроблення рішення для мічення
Основна мета Ocean Alliance — демократизація зусиль щодо збереження китів. Це означає розроблення дешевших і доступніших рішень та обмін ними з широкою дослідницькою спільнотою.
«Є кілька речей, на які ми звертаємо увагу, коли вирішуємо, яку ідею слід реалізувати. Ми не є великою інженерною корпорацією, тому ідея має бути простою. Потім ми переглядаємо доступні технології. В ідеалі ми беремо щось із полиці, модифікуємо це та використовуємо для досягнення поставленої мети». Кожне безпілотне рішення покликане зробити поточну форму дослідження морських ссавців простішою, дешевшою або доступнішою. Мітки — ідеальне поєднання всього цього.
Розроблення ведеться із серпня 2021 року. Компанія OceanX погодилася фінансувати процес, і робота розпочалася. Хоча безпілотник завжди мав центральне місце у проєкті, точний метод кріплення міток був предметом суперечок. «У нас було півдюжини ідей, які ми хотіли спробувати, але ми почали з найпростішої: просто опустити мітку», — каже Керр.
Зазвичай такі рішення ускладнюються з кожною ітерацією. Але згодом метод та обладнання спростилися. Студентам із університету Мічігану доручили розрахувати необхідний тиск. Виявилося, що сили падіння та ваги мітки достатньо, щоб утримати присосок на місці. Створили прототип рами та ряд 3D-друкованих пристроїв для забезпечення падіння під потрібним кутом.
Надруковані на 3D-принтері кріплення утримують мітки у потрібному положенні під час падіння. Мітки вивільняються за допомогою радіокерованого штирьового механізму, розташованого на нижній стороні DJI M210.
Після успішного тестування в штаб-квартирі Ocean Alliance, команда орендувала найближчий склад, щоб випробувати рішення на рухомій мішені. Для імітації кита використали балістичний гель.
Через понад 200 випробувальних польотів концепція була готова до втілення. Наприкінці лютого 2022 року команда Ocean Alliance вирушила до Мексики випробувати новий метод встановлення міток у природних умовах.
Бюджетне літальне дослідницьке судно
Для вивчення китів потрібні спеціальні дозволи та погодження. Коли Ви впроваджуєте нові способи вивчення китів, складнощів стає ще більше.
Безпілотні технології пропонують безцінні можливості. Теоретично, DJI M210 може відстежити кита, опустити мітку, задокументувати процес та зняти реакцію тварини (або її відсутність) за допомогою вбудованих камер. Це справжнє літальне дослідницьке судно, яке забезпечує не лише революційні можливості для науки, але й спосіб перевірки та оцінки впливу.
Повітряна перспектива показує те, що інакше було б упущено. З човна це може виглядати просто як кит, який займається своїми справами. Але з безпілотника можна побачити всі крихітні рухи, які інакше не розпізнати.
Є фінансова вигода. Однією з найбільших перешкод для морських дослідників є ціна. Експедиції зі встановлення міток вимагають десятків тисяч доларів — частково тому, що для цього потрібні кілька суден і велика команда міжнародних експертів. Використовуючи дрони DJI, команда Ocean Alliance продемонструвала альтернативний спосіб збору даних, значно дешевший та менш витратний щодо ресурсів.
Ця економія навіть не враховує додаткових даних, які забезпечує безпілотник, порівнюючи зі стандартною місією мічення.
Руйнування стереотипу про вченого
Команда Ocean Alliance унікальна. Це будівельники, новатори і першопроходці. Та водночас вони ще й суворі вчені, які усвідомлюють відповідальність, пов'язану з дослідженням видів, що охороняються. Офіційні результати експедиції будуть опубліковані пізніше в наукових журналах. До цього можна поділитись лише обмеженими відомостями.
Керр сподівається, що нове рішення надихне дослідників морів у всьому світі й дасть їм можливість працювати: «Я намагаюся зруйнувати стереотипне уявлення про вченого».
«Перед людством стоять величезні проблеми, але ніколи ще не було більш захопливого часу для роботи в цій галузі. Інструменти DJI змінюють гру не лише в тому, як ми збираємо дані та що можна збирати, а й у тому, хто може збирати ці дані. Це лише початок», — доктор Ієн Керр, Ocean Alliance.
Є надія, що охорона природи може стати усталеним сектором індустрії безпілотників, і що компанії по всьому світу зможуть створювати обладнання та застосунки, орієнтовані на дослідження, на додаток до корпоративних платформ та SDK, доступних зараз. Як зазначає Керр: «охорона дикої природи — це галузь із багатомільярдним оборотом. Люди дбатимуть про океани та турбуватимутья про зміну клімату. Їм просто потрібен доступ до інформації».
З кожним новим дослідженням ми більше дізнаємося про важливість китів для вловлювання вуглецю та екосистем, які вони підтримують. Прийняття безпілотників на озброєння Ocean Alliance означає, що дослідники всього світу зможуть глибше вивчити цих тварин та допомогти відновити їхню чисельність. Ймовірно, завдяки останнім відкриттям буде зібрано багато революційних даних. Розроблення ефективного способу мічення китів може здатися краплею в морі, але це необхідний крок для збереження майбутнього планети.
