Эти устройства, до боли похожие на пингвинов, помогают изучать водовороты, которые есть ключ к пониманию жизни, рассказывает The Guardian.
Если что-то похоже на пингвина и плавает как пингвин, но на самом деле это робот, то речь скорее всего идёт о последнем достижении в области сенсорного оборудования для морских исследований.
Quadroin – это автономный подводный аппарат (АНПА): самоходная машина, напечатанная на 3D-принтере, которая имитирует пингвина и измеряет свойства океанических водоворотов. Его разработал Буркард Бачек, возглавлявший Немецкий институт динамики прибрежных океанов в Центре Gereon им. Гельмгольца в Гестахте. Толчком к этой разработке стало то, что Бачек уже наблюдал, как его оборудование стоимостью 20 тысяч долларов просто тонуло в Тихом океане.
Вихри – это небольшие океанские течения, и исследователи долго пытались уловить их, используя различные методы. Они влияют на всех животных и растения в морях, а также на климат Земли, обеспечивая существование примерно 50% всего фитопланктона. Фитопланктон, как основа морской пищевой цепи, и другие морские растения, такие, как водоросли и планктон водорослей, также производят до 70% атмосферного кислорода.
«Каждый четвертый вдох человека зависит от этих небольших океанских водоворотов», – говорит Башек, который сейчас работает директором Немецкого океанографического музея в северном порту Штральзунд.
Несмотря на свое значение, водовороты плохо изучены в научном сообществе, потому что они маленькие. Некоторые из них всего 10 метров в диаметре, а их средний срок существования составляет 12 часов, что создает огромную проблему для наблюдений за ними.
Бачек первым разработал набор из примерно 20 датчиков, прикрепленных к тросу, который будет буксироваться за кораблем для измерения ключевых океанографических переменных в водоворотах, таких, как температура, солёность, давление, содержание хлорофилла и кислорода. Но трос цеплялся за камни, рыболовные сети или контейнеры, отправляя все собранные данные на морское дно.
«Единственный способ избежать подобных подводных опасностей – это разработать устройство, которое может выполнять эти измерения, не будучи привязанным к чему-либо», – говорит Башек.
Решение было предложено Рудольфом Баннашем и его командой из берлинской компании EvoLogics, которая специализируется на бионике, основанной на естественной эволюции. Баннаш точно знал, что нужно Бачеку, – пингвин.
«Пингвины имеют форму с оптимальными характеристиками», – говорит Баннаш.
Его исследования в области беспроводной подводной навигации и систем связи показывают, что пингвины на 20-30% более обтекаемы, чем всё, что разработано в лаборатории, и это идеально подходит для высокоскоростных измерений, которые нужны Бачеку.
В апреле первый прототип Quadroin – название происходит от слова «quadro» в честь четырех пропеллеров, приводящих конструкцию в движение, и «пингвин» – совершил первое плавание по озеру недалеко от Берлина. Он развивает максимальную скорость восемь узлов (14,8 км в час) и использует те же датчики, которые раньше буксировались на тросе. Однако Quadroin может свободно перемещаться по воде, избегая препятствий, и может опускаться на глубину до 150 метров.
Один из элементов изучения водоворотов, который поставил ученых в тупик, заключается в том, что их необходимо замерять одновременно в нескольких местах. Баннаш и его коллеги работают над созданием еще двух искусственных пингвинов, которые будут действовать как команда, плавать в унисон и общаться друг с другом.
«Мы разработали первые поющие подводные модемы, чтобы Quadroins могли посылать и принимать крякающие сигналы, подобные сигналам дельфинов», – говорит Баннаш.
Наряду с другими миниатюрными датчиками, такими как GPS, встроенными в метровый корпус, робо-пингвины могут передавать данные друг другу, а также в режиме реального времени передавать информацию на исследовательское судно. Компания стремится использовать искусственный интеллект, чтобы обеспечить умное групповое поведение и принятие решений, поэтому Quadroins знает, что означают измерения и какие шаги нужно предпринять дальше.
Несмотря на то, что они были разработаны для измерения быстро развивающихся океанических процессов, 25-килограммовые Quadroins могут также использоваться для съёмок в условиях, в которых другие транспортные средства не могут передвигаться – например, под морским льдом или на мелководье.
«Их можно припарковать на стыковочных станциях и выполнять регулярные исследовательские миссии, когда штормы не позволяют судам покинуть порт. В Северном море, например, это происходит чуть ли не через день», – говорит Бачек.
При цене около 80 000 евро за штуку Quadroins нельзя назвать дешёвым решением, хотя это примерно столько же, сколько стоит аренда полностью оборудованного исследовательского судна всего на один день. Большинство других высокопроизводительных автономных подводных аппаратов также более дороги и менее универсальны. Есть надежда, что Quadroins могут сделать удаленные морские исследования более доступными для университетов, исследовательских институтов и океанографических фирм, у которых нет огромных бюджетов.
Что касается потери их на дне океана, у искусственных пингвинов есть «последний трюк», который также имитирует их реальных собратьев: если электроника выходит из строя и датчики гаснут, они всплывают на поверхность.