@ शम्स, विज्ञान + स्वायत्तता = उत्तर

ऐलेन मासलिन4 फरवरी 2020

कुछ समुद्र और महासागर से संबंधित अनुसंधान परियोजनाएं आज पानी के नीचे के रोबोट या समुद्री स्वायत्त प्रणाली के कुछ प्रकार को शामिल नहीं करती हैं। एलिसन मसलिन ने स्कॉटिश एसोसिएशन ऑफ मरीन साइंस द्वारा कैसे उपयोग किया जाता है, इस पर रिपोर्ट दी।

चाहे वह बड़े स्वायत्त पानी के नीचे के वाहन (एयूवी) हों, दूर से संचालित वाहन (आरओवी), ग्लाइडर, लैंडर, छोटे मैन-पोर्टेबल एयूवी सिस्टम और यहां तक कि हवा से चलने वाले वाहन हों, मानव रहित सिस्टम एक दिन का उपकरण बन गए हैं। और, जबकि तैयार निर्मित प्रणालियां अब आसानी से उपलब्ध हैं, घटकों तक आसान पहुंच शोधकर्ताओं को विशिष्ट अनुसंधान आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए बीस्पोक प्लेटफार्मों को इकट्ठा करने में सक्षम बनाती है।

नतीजा यह है कि डेटा समुद्री विज्ञान अनुसंधान की पहुंच और संकल्प को इकट्ठा करने में सक्षम है बढ़ाया जा रहा है। स्कॉटिश एसोसिएशन ऑफ मरीन साइंस (एसईसीएस) द्वारा किया गया कार्य बिंदु में एक मामला है। यह 1800 के दशक में अपनी जड़ों के साथ एक धर्मार्थ संगठन है, जो स्कॉटलैंड के गीले और गंभीर पश्चिमी तट पर अपने दूरस्थ स्थान की तुलना में बहुत अधिक है। यह एक वैश्विक मंच पर परियोजनाओं में शामिल है और समुद्र और महासागरों के कुछ क्षेत्र हैं जो कम से कम कुछ अध्ययनों में नहीं हुए हैं; अटलांटिक मेरिडेशनल ओवरवर्टनिंग सर्कुलेशन (AMOC) के व्यवहार और इसके प्रभाव से वैश्विक जलवायु पैटर्न के झींगे को पकड़ने की संभावना को देखते हुए।

एसडीएम के पास अपने काम में सहायता के लिए वाहनों का एक बेड़ा है। वास्तव में, 2019 में 10 साल के बाद से पहली बार एक ग्लाइडर का उपयोग किया गया था, तालिस्कर नाम का एक सीगलर, जिसे हाल ही में स्कॉटलैंड के पश्चिमी द्वीपों में व्हेल के लिए सुनने के लिए तैनात किया गया था। तिथि करने के लिए (या जब मैं अक्टूबर 2019 में दौरा किया था), तो एम्स्टर्डम ने 19 अलग-अलग ग्लाइडर तैनात किए थे, जो कुल मिलाकर - 4201 दिनों में 38 मिशन, 68,238 किमी को कवर करते हुए। तालिस्कर खुद 12,000 किमी से अधिक लॉग इन कर चुका है और दो अन्य सीगलर: आर्बेड और कोरिजेरकेन से जुड़ गया है।

एसईएम के बेड़े में आरओवी, एयूवी और ग्लाइडर के साथ-साथ मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी / ड्रोन) और यहां तक कि वाहन भी शामिल हैं।

बर्फीली, नार्वे आर्कटिक की 24 घंटे की रात में काम करें। माइकल ओ स्नाइडर द्वारा फोटो।

आर्कटिक इकोसिस्टम की निगरानी करना
ये प्लेटफ़ॉर्म पहले से एकत्रित डेटा को बहुत महंगे या मुश्किल से सक्षम कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, शिमला से प्रोफेसर फिनो कॉटियर और डॉ। मैरी पोर्टर आर्कटिक मूल्य परियोजना का नेतृत्व कर रहे हैं। यह वास्तव में पुरस्कार नहीं है। मूल्य "बर्फ क्षेत्र में उत्पादकता" के लिए खड़ा है। विशेष रूप से, यह फाइटोप्लांकटन की उत्पादकता है। ये जीव हर वसंत को खिलते हैं - सर्दी के बाद इको-सिस्टम को किक-स्टार्ट करना। लेकिन, क्या खिलता है, कब, इसकी सीमा और यह कैसे सिकुड़ जाता है, यह मौसमी समुद्री बर्फ कवरेज में बदलाव से प्रभावित होता है, यह अच्छी तरह से समझा नहीं गया है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि ठंडे अंधेरे सर्दियों के दौरान आर्कटिक क्षेत्रों की निगरानी करना आसान नहीं है, इसलिए डेटा विरल है और आमतौर पर केवल गर्मियों में प्राप्त किया जाता है। 2018 में, एम्स्टर्डम एक ऐसे समूह का हिस्सा था जो इसे बदलना चाहता था। यह जनवरी (24-घंटे के अंधेरे), अप्रैल और जुलाई (24-घंटे के दिन के उजाले) में नॉर्वेजियन आर्कटिक बारेंट्स सी में चला गया - कुछ ने उस क्षेत्र में एक साल में कोई भी काम नहीं किया था - अनुसंधान जहाजों का उपयोग करके परिभ्रमण पर डेटा इकट्ठा करने के लिए ( ट्रोम्सो विश्वविद्यालय के हेल्मर हैंसेन और ब्रिटिश अंटार्कटिक सर्वेक्षण के आरआरएस जेम्स क्लार्क रॉस)। परिभ्रमण के बीच बहु-महीने लंबे अंतराल को भरने के लिए और परिभ्रमण के साथ अतिव्यापी, जी 2 स्लोकम ग्लाइडर्स तैनात किए गए थे। इस्तेमाल किया गया स्लोकम यूके के मरीन ऑटोनॉमस एंड रोबोटिक्स सिस्टम्स (MARS) पूल का हिस्सा है और यह 200 मीटर तक गहरा गोता लगा सकता है।

मॉडलिंग के समर्थन से, वैज्ञानिक सही समय पर स्लोकम को सही स्थान पर रखने में सक्षम थे, जब अलगल खिलना शुरू हुआ। वाहन के सेंसर क्लोरोफिल प्रॉक्सिस का पता लगाते हैं (प्रकाश को बाहर भेजते हैं और वापसी के तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन का पता लगाने के लिए कि वहाँ / फ्लोरोमीटर क्या है)। डॉ। पोर्टर कहते हैं, "यह लगभग तीन दिनों के लिए चार्ट से लगभग ऊपर के स्तर से दूर चला गया और देखा कि यह कैसे चला गया।" तापमान, लवणता, घुली हुई ऑक्सीजन, गहराई, औसत धारा और परिवेशी प्रकाश: साथ ही फाइटोप्लांकटन का पता लगाने के लिए वाहन अन्य मापदंडों को भी मापता है ताकि वैज्ञानिक व्यापक चित्र को समझने की कोशिश कर सकें।

"जहां रोबोटिक्स वास्तव में अच्छे हैं," प्रो कॉटियर कहते हैं। "वे बैटरी से सीमित हैं, लेकिन बहुत उपयोगी हैं, इसलिए इन क्षेत्रों में उनका उपयोग करने की इच्छा है, विशेष रूप से कठिन (मौसमी) खिड़कियों में।"

लेकिन, व्यापार से दूर हैं। बैटरी की क्षमता के कारण आप कितने इंस्ट्रूमेंटेशन को मिशन की सीमा तक ले जाते हैं। क्या अधिक है, आर्कटिक पानी में, ठंड तापमान भी गर्म पानी की तुलना में तेजी से बैटरी खत्म, डॉ पोर्टर बताते हैं। क्षेत्र में कुछ पुनर्प्राप्ति विकल्पों के साथ - निकटतम बंदरगाह 24 घंटे दूर भाप से चल रहा है - परियोजना को जोखिम भी संतुलित करना पड़ा। और, बर्फ से बने क्षेत्रों में काम करते हुए, पिघलने वाली बर्फ से, ताजे पानी की संभावना पर करीब से ध्यान देना पड़ता था, जो कि वाहन चालित वाहन के प्रदर्शन को प्रभावित करता था, और वाहन के बर्फ में फंस जाने की संभावना होती है, जो आगे बढ़ सकता है तेज, बर्फ से चालित, वाहन की तुलना में समुद्र की सतह पर। बाथरमेट्री द्वारा संचालित, पानी के नीचे की धाराएं भी हैं, जिनसे सावधान रहना चाहिए।

परिणाम अल्गुल खिलने की एक बेहतर समझ है। इन आंकड़ों के साथ, टीम अब नॉर्वेजियन संगठनों द्वारा 20 वर्षों में एकत्रित किए गए डेटा के साथ काम कर सकती है ताकि भविष्य के वर्षों में मॉडल और भविष्यवाणियों को सूचित किया जा सके। एक अन्य परियोजना, नानसेन परियोजना, जो अब नॉर्वे में शुरू हुई है, मॉनिटरिंग मेंटल को लेने की कोशिश करेगी।

एसईसीएस गाविया का उपयोग कई प्रकार के मिशनों में किया जाता है। एसईएम से फोटो।

सुनने का प्रोजेक्ट
एक और एसईसीएस परियोजना कम्पास (सहयोगात्मक महासागर विज्ञान और निगरानी संरक्षित क्षेत्रों और प्रजातियों के लिए) है। COMPASS के तहत, डॉ एंडी डेल और डॉ। डेनिस Risch आयरलैंड गणराज्य, आयरलैंड और स्कॉटलैंड के बीच समुद्र क्षेत्र के आसपास जीवन की चाल को देख रहे हैं। यह शायद एक बड़ा क्षेत्र नहीं है, खुले महासागर के सापेक्ष, लेकिन, यह एक जटिल है। यह क्षेत्र महाद्वीपीय किनारे से धीमी धाराओं से बहुत प्रभावित है और यह उत्तर की ओर ढलान का अनुसरण करता है। कुछ शेल्फ पर चले जाते हैं। आयरलैंड गणराज्य के शीर्ष पर एक वर्तमान है, एक आयरिश सागर से आता है। अटलांटिक जल इस क्षेत्र में आता है और उत्तर की ओर घूमता है। ये धाराएँ क्षेत्र में पारिस्थितिकी को चलाती हैं, पोषक तत्वों और जीवों में लाती हैं। इन्हें समझने से समुद्री संरक्षित क्षेत्रों में मॉडल और इनपुट का समर्थन करने में मदद मिलेगी।

परियोजना का हिस्सा इन क्षेत्रों में जलीय जीवन और समुद्र संबंधी प्रक्रियाओं को ट्रैक, मॉडल और मॉनिटर करने के लिए buoys का एक नेटवर्क बना रहा है। वैज्ञानिक हर साल एक सीगलगार्ड को एक योजनाबद्ध मिशन पर एक त्रिकोण-आकार वाले ट्रैक पर भेजते हैं, जैसे-जैसे यह जाता है, डेटा इकट्ठा करता है। इसका मतलब है कि वैज्ञानिक हर साल बदलाव देख सकते हैं और अपने प्रवाह मॉडल को अपडेट कर सकते हैं। 2018 में, एक ग्लाइडर को अगस्त से सितंबर के मध्य तक भेजा गया था, लगभग छह सप्ताह और फिर 2019 में।

ग्लाइडर का उपयोग जल गुणों के प्रोफाइल को इकट्ठा करने के लिए किया जा रहा है - तापमान, लवणता, क्लोरोफिल, ऑक्सीजन, टर्बिडिटी, आदि - जैसा कि यह यात्रा करता है। इस जानकारी के साथ, पानी के घनत्व की गणना की जा सकती है और इसका उपयोग यह समझने के लिए किया जाता है कि प्रवाह कहां से आ रहा है। डॉ। डेल का कहना है कि ऐसा करने में मदद करने के लिए एक ग्लाइडर के कुछ महत्वपूर्ण लाभ हैं, लेकिन चुनौतियां भी हैं।

"यह पानी में एक ग्लाइडर डालने के लिए तुच्छ नहीं है, लेकिन यह पैसे और समय बचाता है," वे कहते हैं। "यह वहाँ से बाहर चला जाता है और इसके साथ हो जाता है। बंद होने का कोई खतरा नहीं है। यह बहुत अधिक डेटा प्रदान करता है क्योंकि ग्लाइडर लगातार ऊपर और नीचे जा रहा है। यदि हम नाव से नमूना ले रहे हैं तो ट्रैक के साथ डेटा का रिज़ॉल्यूशन बहुत अधिक है। ”लेकिन, वे कहते हैं, व्यापार बंद है। “यह एक सीधी रेखा प्राप्त करना मुश्किल है क्योंकि यह हवा और लहरों से प्रभावित हो सकती है। जब यह गोता लगाता है, तो एक जहाज से अधिक जटिल प्रोफ़ाइल होती है। हमारे पास इसके लिए (डेटा) समायोजित करने के लिए जटिल मॉडल होना चाहिए। समुद्री विकास भी जिस तरह से मक्खियों को बदल सकता है। हम इसे ठीक करने की कोशिश करते हैं, जितना कि हम कर सकते हैं। ”उथली उथोटिक ज़ोन (जहाँ रोशनी मिलती है) में एक और चुनौती उड़ रही है - जहाँ इसके समुद्र-बहाई चालित पथ के लिए कम जगह है। शेल्फ पर ज्वार भी मजबूत होते हैं।
डॉ। Risch कहते हैं, परियोजना के हिस्से के रूप में, परिवेशीय शोर के स्तर को रिकॉर्ड करने के लिए पूरे क्षेत्र में 10 स्थैतिक निष्क्रिय ध्वनिक रिकॉर्डर (साउंडट्रैप, ओशन इंस्ट्रूमेंट्स, लिमिटेड) का उपयोग करके समुद्री स्तनपायी निगरानी की जा रही है। रिकॉर्डर्स में डालने से पहले, इस क्षेत्र में समुद्री स्तनधारियों और उनके आंदोलनों के बारे में बहुत कम जानकारी थी, लेकिन यह कुछ प्रजातियों के लिए एक गर्म स्थान के रूप में जाना जाता है, जैसे कि हार्बर पर्पोज़ और फिन व्हेल, इसलिए यह एक समुद्री संरक्षित क्षेत्र और एक विशेष क्षेत्र है संरक्षण का। लेकिन, इस बारे में अधिक जानकारी की आवश्यकता है कि इनमें से कितनी प्रजातियां हैं और वे कहाँ सुनिश्चित करने के लिए संरक्षित क्षेत्रों को सही क्षेत्रों को कवर करते हैं। स्थैतिक सेंसर के पूरक के लिए, जो केवल 500 मीटर तक स्तनपायी आवाज़ निकालते हैं, टीम ने ग्लाइडर्स का उपयोग करना शुरू कर दिया।

डॉ। रिस्क कहते हैं, "ध्वनिक रिकार्डर छोटे और छोटे होते जा रहे हैं, जानवरों से खुद को जोड़ने के लिए कुछ छोटे भी।" "यह उन्हें ग्लाइडर्स के लिए संलग्न करने के लिए उपयोगी बनाता है, जिनमें से कुछ में पहले से ही हाइड्रोफोन हैं। फिलहाल, यह परीक्षण और त्रुटि के बारे में है, विभिन्न प्रणालियों का परीक्षण करने के लिए" कीड़े का पता लगाने के लिए और कौन से उपकरणों का उपयोग करना सबसे अच्छा है। हम उन्हें उन सभी अभियानों से जोड़ सकते हैं जो हम कर रहे हैं, ”वह कहती हैं। इसमें एललेट लाइन के साथ ग्लाइडर यात्राएं शामिल हैं, स्कॉटलैंड और आइसलैंड के बीच एक वार्षिक सर्वेक्षण, जो 1948 में शुरू हुआ (अधिक सीमित पैमाने पर)। यह एक जहाज के साथ किया जाता है, लेकिन ग्लाइडर के साथ किया जा सकता है, उनके लंबे धीरज के कारण।

डॉ रिस्क कहते हैं, "प्रजातियों के वितरण और जलवायु परिवर्तन के किसी भी प्रभाव का क्या हो रहा है।"

पीएचडी के छात्र जेम्स कूगन ने ग्लेशियरों से पिघलने की सीमा को समझने के लिए एक मिशन के दौरान एक इकोसुब तैनात किया। एम्स्टर्डम से छवि।

ग्लेशियल गावियास
एक अन्य क्षेत्र जहां छोटे पानी के नीचे के वाहन वैज्ञानिकों को उन चीजों के करीब आने में मदद करते हैं जो वे अध्ययन करना चाहते हैं ग्लेशियर किनारों पर हैं। ग्लेशियर के किनारे के करीब सर्वेक्षण कार्य गिरने, या शांत होने, बर्फ के कारण एक सर्वेक्षण जहाज के लिए बहुत खतरनाक हो सकता है।

Teledyne Gavia का उपयोग करते हुए, जहाज को करीब जाने की जरूरत नहीं है। 2016-2017 में, एसडब्ल्यूएस ने स्वाल्बार्ड में ऐसा करने के लिए फ्रेया नामक एक गैविया का इस्तेमाल किया। वहां, यह अब पीछे हटने वाले ग्लेशियर द्वारा छिपी हुई सीबेड का सर्वेक्षण करने में सक्षम था। वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करने के लिए तस्वीरें, सोनार के चित्र और महत्वपूर्ण समुद्र संबंधी जानकारी एकत्र की गई थी कि जलवायु परिवर्तन के कारण पिघलने की बढ़ती दर ग्लेशियरों के नीचे समुद्र में प्रभावित हो रही है। इस डेटा को पिछले 10 वर्षों के लिए हिमनदों की बर्फ की वापसी दर की गणना के लिए उपग्रह डेटा के साथ जोड़ा गया था और हाल ही में समुद्री जियोलॉजी जर्नल में प्रकाशित किया गया था। फिर, 2019 की गर्मियों में, टीम इकोसुब एयूवी (चित्रित), फ्रेया और एक एरियल ड्रोन का उपयोग करते हुए आगे बढ़ी, जिसमें से डेटा को जियोलोकेट किया जा सकता है, जिससे वैज्ञानिकों को उप-ग्लेशियल डिस्चार्ज को बेहतर तरीके से देखने का एक तरीका मिल सकता है या कैसे मिश्रण हो सकता है अटलांटिक और आर्कटिक जल ग्लेशियल कैल्विंग को प्रभावित करते हैं।

इकोसब ड्रोन - हाल ही में एसईएम बेड़े के अलावा - एक मीटर से कम लंबा है और इसका वजन 4 किलोग्राम से कम है और तापमान और लवणता सहित डेटा एकत्र करने के लिए 100 मीटर तक नीचे चला गया है, जबकि फ्रेया एक बार फिर से स्नान संबंधी डेटा एकत्र करेगा।
लहरों पर मानव रहित होकर जाना

सभी समुद्री अनुसंधान तरंगों के अधीन नहीं होते हैं। डॉ। फिल एंडरसन एक भौतिक विज्ञानी हैं, लेकिन उन्होंने खुद को रोबोटिक्स - समुद्र और हवाई क्षेत्र के निर्माण और अनुकूलन के लिए भी पाया है। हाल ही में अधिग्रहण एक विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया टेट्रा ड्रोन यूएवी है जो शैवाल के नमूनों को इकट्ठा करने और पानी को फिल्टर करने के लिए सुरक्षित रूप से पानी में उतर सकता है। इससे पहले कि वे मछली के खेतों को पढ़ें जहां वे स्टॉक के साथ मुद्दों का कारण बन सकें, हानिकारक शैवाल के खिलने का पता लगाने के लिए। ये हानिकारक खिलने का ज्ञान कैसे चलता है और पर्यावरण के साथ बातचीत करता है, विशेष रूप से स्कॉटलैंड के पश्चिमी तट के "गंभीर रूप से समुद्र तट" और मछली के खेतों के अनुकूल अन्य क्षेत्रों को बहुत अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, इसलिए इस प्रकार के नमूना एकत्र करने में मदद मिलेगी। वर्तमान में, मछली फार्म संचालक बाहर निकलते हैं और पानी की एक बाल्टी भरते हैं।

जबकि यूएवी महान क्षमता को जोड़ता है, इसे सीमित धीरज मिला है, इसलिए, डॉ एंडरसन एक Pyranha कश्ती को परिवर्तित कर रहे हैं जो कि लंबे समय तक नमूना एकत्र करने वाले मिशनों पर जाने में सक्षम होगा। यूएवी के विपरीत, यह अनफ़िल्टर्ड नमूनों को इकट्ठा करने में भी सक्षम होगा जहां विश्लेषण के लिए शैवाल को अप्रकाशित किया जाएगा। नमूना दरों को पूरी तरह से तैयार किया जाना बाकी है; कवरेज क्षेत्र और संकल्प के बीच एक और व्यापार बंद हो रहा है।
डॉ। एंडरसन का कहना है कि यह सभी मानक हॉबीस्ट एयरक्राफ्ट कंपोनेंट्स से बनाया जा रहा है - अलग-अलग सॉफ्टवेयर के साथ और कुछ छोटे थ्रस्टरों से, जिन्हें स्वचालित मार्गों पर चलने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। इसमें अल्गुल खिलने और प्रकाश का पता लगाने के लिए स्पेक्ट्रोमीटर के साथ एक ग्लास गुंबद भी होगा। वह कहते हैं, '' यह सैंपल लेने और वापस आने के लिए किनारे से 1 किमी दूर होने का एक किफायती तरीका है। '' "यह मुल के आसपास हो सकता है या यह आयरलैंड जा सकता है, इसे बस पर्याप्त बैटरी की आवश्यकता है।"

उनका कहना है कि इस तरह के सिस्टम बनाने की क्षमता - टॉय ड्रोन और मिलिट्री ग्रेड के वाहनों के बीच की खाई में - बड़े मोबाइल फोन निर्माण उद्योग द्वारा सस्ते में बनाए गए छोटे-छोटे घटकों की सुलभता से प्रेरित है। इस क्षमता का मतलब है कि वैज्ञानिक एक प्रश्न के चारों ओर सिस्टम को डिजाइन कर सकते हैं, जो वे जवाब देना चाहते हैं, बजाय एक सिस्टम को फिट करने के। यह केवल आसान होने जा रहा है, वे कहते हैं, जैसा कि सिस्टम एक दूसरे से बात करना सीखते हैं, भले ही विभिन्न प्रोटोकॉल पर।

एसईएम पर बहुत अधिक चल रहा है। उदाहरण के लिए, नेक्सस - नेक्स्ट जनरेशन अनमैन्ड सिस्टम्स साइंस - प्रोजेक्ट के तहत, जेसन सॉल्ट अटलांटिक में फाइटोप्लांकटन खिलने के बारे में डेटा इकट्ठा करने के लिए सीगलर का उपयोग कर रहा है। एक UAV पर एक उपन्यास, हाइपरस्पेक्ट्रल इन्फ्रारेड कैमरे का उपयोग करते हुए, समुद्री वातावरण में माइक्रोप्लास्टिक का पता लगाना एक अन्य परियोजना का फोकस है। हम और जानने के लिए तत्पर हैं और आपको इसके बारे में बता रहे हैं।

एसईसीएस का बेड़ा:
- थ्री सीगलर्स 1 के (तालिस्कर, अर्दबेग और कोर्ब्रीक्रेकन) - जिसका स्वामित्व एसईसीएस के पास है।
- एसईएम समुद्री स्वायत्त और रोबोटिक सिस्टम के स्वामित्व वाले अन्य ग्लाइडर का भी उपयोग करता है
MARS, राष्ट्रीय पूल में ~ 30 हैं)
- 1 रेमस 600 एयूवी - एसईसीएस के स्वामित्व में
- 1 गाविया ऑफशोर सर्वेयर AUV - MARS के स्वामित्व में
- 2 इकोसब एयूवी - एसईसीएस के स्वामित्व में
- 1 Mojave ROV - MARS के स्वामित्व में है
- 1 डीप ट्रेकर आरओवी - एसईसीएस के स्वामित्व में

महासागर की निगरानी के लिए ग्लाइडर एक नियमित रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला मंच बन गया है। एसईएम से फोटो।

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