Des chercheurs du MBARI, de l’Université d’Hawaï à M ? Noa (UH M ? Noa) et de la Woods Hole Oceanographic Institution, après des années de développement et de exams, ont démontré avec succès qu’une flotte de robots autonomes peut suivre et étudier un microbien en mouvement. communauté dans un tourbillon de pleine mer. Les résultats de cet hard work de recherche ont été récemment publiés dans Science Robotics.



Les flottes robotiques autonomes permettent aux chercheurs d’observer des systèmes complexes d’une manière qui serait autrement extremely hard avec des procedures purement navales ou de télédétection. À une époque où la pandémie de COVID-19 réduit les opportunités pour les chercheurs d’aller en mer, les flottes autonomes offrent un moyen efficace de maintenir une présence persistante dans les caractéristiques d’intérêt.

Les microbes océaniques sont des acteurs essentiels du système climatique mondial, produisant environ la moitié de l’oxygène mondial, éliminant le dioxyde de carbone et formant la base du réseau trophique marin. Les tourbillons de haute mer peuvent s’étendre sur plus de 100 kilomètres (62 miles) et durer des mois. Le phytoplancton (une sorte d’algue microscopique) prospère lorsque ces tourbillons tournent dans le sens inverse des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère nord et apportent de l’eau riche en nutriments des profondeurs vers la floor.



« Le défi de recherche auquel est confrontée notre équipe interdisciplinaire de scientifiques et d’ingénieurs était de trouver un moyen de permettre à une équipe de robots – communiquant avec nous et entre eux – de suivre et d’échantillonner le DCM », a déclaré Brett Hobson, ingénieur mécanique principal. à MBARI et co-auteur de cette étude. Les chercheurs ont eu du mal à étudier le DCM auto à des profondeurs de as well as de 100 mètres (328 pieds), il ne peut pas être suivi par la télédétection des satellites. De additionally, la position du DCM peut se déplacer verticalement de moreover de 30 mètres (98 pieds) en quelques heures seulement. Cette variabilité dans le temps et dans l’espace nécessite une technologie able de s’intégrer dans et autour du DCM et de suivre la communauté microbienne alors qu’elle dérive dans les courants océaniques.

Ed DeLong et David Karl, professeurs d’océanographie à la UH M ? Noa School of Ocean and Earth Science and Know-how (SOEST) et co-auteurs de l’étude, étudient ces microbes depuis des décennies. DeLong a noté que ces équipes de véhicules robotiques coordonnés offrent une étape vitale vers un échantillonnage autonome et adaptatif des caractéristiques océanographiques. « Les tourbillons de haute mer peuvent avoir un impact énorme sur les microbes, mais jusqu’à présent, nous n’avons pas été en mesure de les observer dans ce cadre de référence mobile », a-t-il expliqué.

Lors de l’expérience sur les tourbillons de la Collaboration Simons sur les processus océaniques et l’écologie (SCOPE) en mars et avril 2018, les chercheurs ont utilisé l’imagerie par satellite pour localiser un tourbillon au nord des îles hawaïennes. Ils ont déployé une équipe de haute technologie de trois robots – deux véhicules sous-marins autonomes à longue portée (LRAUV) et un véhicule de surface area Wave Glider – du navire de recherche Falkor du Schmidt Ocean Institute (SOI).

Le premier LRAUV (nommé Aku) a servi de robot d’échantillonnage principal. Il a été programmé pour localiser, suivre et échantillonner le DCM. À l’aide d’un processeur d’échantillons environnementaux de 3e génération (3G-ESP) embarqué, Aku a filtré et conservé des échantillons d’eau de mer, permettant aux chercheurs de capturer une série d’instantanés du matériel génétique et des protéines des organismes.

Le deuxième LRAUV (nommé Opah) a suivi acoustiquement Aku et a tourné verticalement autour de lui pour collecter des informations cruciales sur l’environnement entourant le DCM. Les LRAUV Aku et Opah portaient une suite de capteurs pour mesurer la température, la salinité, la profondeur, l’oxygène dissous, les concentrations de chlorophylle Aku est resté submergé pendant plusieurs jours à la fois en échantillonnant le DCM, tandis qu’Opah faisait surface toutes les quelques heures pour relayer les informations via satellite aux scientifiques sur le navire. Un robot de surface area Wave Glider (nommé Mola) a également suivi Aku avec un sonar et a communiqué avec l’équipe scientifique à bord du Falkor.

« Ce travail est vraiment la réalisation d’une eyesight de plusieurs décennies », a déclaré Chris Scholin, président et chef de la course de MBARI. Scholin s’est engagé dans cet exertion depuis qu’il était un chercheur postdoctoral MBARI cherchant à développer une technologie d’échantillonnage autonome pour les systèmes marins. « La coordination d’une flotte robotique pour montrer remark les communautés microbiennes réagissent aux problems changeantes improve la donne en matière de recherche océanographique. »

Les chercheurs ont déterminé qu’Aku suivait avec précision et cohérence le DCM au cours de ses missions d’échantillonnage de plusieurs jours. En suivant la température correspondant au pic de chlorophylle (un indicateur de phytoplancton) dans le DCM, le LRAUV a maintenu sa place dans le DCM alors même que cette caractéristique biologique se déplaçait jusqu’à 36 mètres (118 pieds) verticalement en quatre heures.

« Construire un LRAUV avec un ESP intégré capable de suivre cette fonctionnalité était une étape importante. La combinaison de cette puissance d’échantillonnage avec l’agilité de trois robots différents travaillant ensemble de manière autonome au cours de l’expérience est une réalisation method et opérationnelle importante », a déclaré Yanwu Zhang, ingénieur de recherche senior au MBARI et auteur principal de cette étude.

Au-delà de l’extraordinaire exploit system de l’organisation de ce ballet robotique, l’étude suggest également des factors à retenir sur le comportement de la communauté biologique dans un tourbillon tourbillonnant. Les mesures de l’ARN révèlent que lorsque le tourbillon s’est affaibli dans la deuxième étape de l’expérience, la biomasse de phytoplancton dans le DCM a diminué. « Tout comme notre propre équipe de chercheurs, chacun des robots de la flotte est un spécialiste contribuant à l’expérience », a déclaré John Ryan, spécialiste principal de la recherche à MBARI et co-auteur de l’étude. « Cette approche adaptative nous donne une nouvelle perspective sur les processus environnementaux en cours à l’intérieur et autour de cette communauté planctonique. »

Ces flottes robotiques sont maintenant également utilisées pour surveiller d’autres perturbations clés de la santé des océans, telles que les proliférations d’algues nuisibles et les déversements d’hydrocarbures. « Compte tenu des changements rapides que subit notre océan en raison des activités humaines telles que le changement climatique, la pollution et la surpêche, cette technologie a le potentiel de transformer notre capacité à comprendre et à prévoir la santé des océans », a déclaré Scholin.

Cette recherche est soutenue par la Countrywide Science Basis, la Simons Basis, la Gordon and Betty Moore Basis, le Schmidt Ocean Institute, la David and Lucile Packard Basis et l’État d’Hawaï.