Fisikawan mengamati persaingan antara orde magnet - ScienceDaily
Teknologi

Peneliti mengaktifkan trio robot penggerak sendiri untuk menemukan, mengikuti, dan mengambil sampel lapisan mikroba saat mereka melayang di pusaran laut terbuka – ScienceDaily


Para peneliti dari MBARI, Universitas Hawai’i di M? Noa (UH M? Noa), dan Lembaga Oseanografi Woods Hole, setelah bertahun-tahun mengembangkan dan menguji, telah berhasil menunjukkan bahwa armada robot otonom dapat melacak dan mempelajari mikroba yang bergerak. komunitas di pusaran laut terbuka. Hasil upaya penelitian ini baru-baru ini dipublikasikan di Ilmu Robotika.

Armada robotik otonom memungkinkan peneliti mengamati sistem kompleks dengan cara yang tidak mungkin dilakukan dengan teknik penginderaan jauh atau berbasis kapal murni. Di saat pandemi COVID-19 mengurangi kesempatan bagi peneliti untuk melaut, armada otonom menawarkan cara yang efektif untuk mempertahankan keberadaan fitur-fitur yang menarik.

Mikroba laut adalah pemain penting dalam sistem iklim global, menghasilkan kira-kira setengah dari oksigen dunia, menghilangkan karbon dioksida, dan membentuk dasar jaring makanan laut. Pusaran laut terbuka bisa mencapai lebih dari 100 kilometer (62 mil) dan bertahan selama berbulan-bulan. Fitoplankton (sejenis ganggang mikroskopis) tumbuh subur saat pusaran ini berputar berlawanan arah jarum jam di Belahan Bumi Utara dan membawa air yang kaya nutrisi dari kedalaman ke atas ke permukaan.

“Tantangan penelitian yang dihadapi tim ilmuwan dan insinyur lintas disiplin kami adalah mencari cara untuk memungkinkan tim robot – berkomunikasi dengan kami dan satu sama lain – untuk melacak dan mengambil sampel DCM,” kata Brett Hobson, insinyur mesin senior. di MBARI dan salah satu penulis studi ini. Para peneliti telah berjuang untuk mempelajari DCM karena pada kedalaman lebih dari 100 meter (328 kaki), DCM tidak dapat dilacak dengan penginderaan jauh dari satelit. Apalagi posisi DCM bisa bergeser lebih dari 30 meter (98 kaki) secara vertikal hanya dalam beberapa jam. Variabilitas dalam ruang dan waktu ini membutuhkan teknologi yang dapat tertanam di dalam dan di sekitar DCM dan mengikuti komunitas mikroba saat melayang di arus laut.

Ed DeLong dan David Karl, profesor oseanografi di Fakultas Ilmu dan Teknologi Kelautan dan Bumi UH M? Noa (SOEST) dan rekan penulis studi tersebut, telah meneliti mikroba ini selama beberapa dekade. DeLong mencatat bahwa tim kendaraan robotik terkoordinasi ini menawarkan langkah penting menuju pengambilan sampel fitur oseanografi yang otonom dan adaptif. “Pusaran samudra terbuka bisa berdampak besar pada mikroba, tapi hingga saat ini kami belum bisa mengamatinya dalam kerangka acuan bergerak ini,” jelasnya.

Selama Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology (SCOPE) Eksperimen Eddy pada Maret dan April 2018, para peneliti menggunakan pencitraan satelit untuk menemukan pusaran arus utara Kepulauan Hawaii. Mereka mengerahkan tim berteknologi tinggi yang terdiri dari tiga robot – dua kendaraan bawah air otonom jarak jauh (LRAUV) dan satu kendaraan permukaan Wave Glider – dari kapal penelitian Falkor milik Schmidt Ocean Institute (SOI).

LRAUV pertama (bernama Aku) bertindak sebagai robot pengambilan sampel utama. Itu diprogram untuk mencari, melacak, dan mengambil sampel DCM. Menggunakan Prosesor Sampel Lingkungan Generasi ke-3 (3G-ESP) onboard, Aku menyaring dan mengawetkan sampel air laut, memungkinkan para peneliti untuk menangkap serangkaian snapshot dari bahan genetik dan protein organisme.

LRAUV kedua (bernama Opah) melacak Aku secara akustik dan berputar secara vertikal di sekitarnya untuk mengumpulkan informasi penting tentang lingkungan di sekitar DCM. LRAUVs ​​Aku dan Opah membawa serangkaian sensor untuk mengukur suhu, salinitas, kedalaman, oksigen terlarut, konsentrasi klorofil, hamburan balik optik, dan radiasi aktif fotosintesis. Aku tetap terendam selama beberapa hari pada saat pengambilan sampel DCM, sementara Opah muncul setiap beberapa jam untuk menyampaikan informasi melalui satelit kembali kepada para ilmuwan di kapal. Robot permukaan Wave Glider (bernama Mola) juga melacak Aku dengan sonar dan berkomunikasi dengan tim sains di atas Falkor.

“Pekerjaan ini benar-benar merupakan perwujudan dari visi selama puluhan tahun,” kata Presiden dan CEO MBARI Chris Scholin. Scholin telah terlibat dalam upaya ini sejak ia menjadi peneliti pascadoktoral MBARI yang ingin mengembangkan teknologi pengambilan sampel otonom untuk sistem kelautan. “Mengkoordinasikan armada robotik untuk menunjukkan bagaimana komunitas mikroba bereaksi terhadap kondisi yang berubah adalah pengubah permainan dalam hal penelitian oseanografi.”

Para peneliti menentukan bahwa Aku secara akurat dan konsisten melacak DCM selama misi pengambilan sampel beberapa hari. Dengan melacak suhu yang sesuai dengan puncak klorofil (indikator fitoplankton) di DCM, LRAUV mempertahankan posisinya dalam DCM bahkan saat fitur biologis ini bergerak vertikal sejauh 36 meter (118 kaki) dalam empat jam.

“Membangun LRAUV dengan ESP terintegrasi yang dapat melacak fitur ini merupakan pencapaian yang luar biasa. Menggabungkan kekuatan pengambilan sampel dengan ketangkasan tiga robot berbeda yang bekerja bersama secara mandiri selama eksperimen merupakan pencapaian teknik dan operasi yang signifikan,” kata Yanwu Zhang, seorang insinyur peneliti senior di MBARI dan penulis utama studi ini.

Di luar prestasi teknik yang luar biasa dari pengorganisasian balet robot ini, penelitian ini juga menawarkan poin penting terkait bagaimana komunitas biologis berperilaku di dalam pusaran air yang berputar-putar. Pengukuran RNA menunjukkan bahwa pusaran arus melemah ke tahap kedua percobaan, biomassa fitoplankton di DCM menurun. “Sama seperti tim peneliti kami sendiri, setiap robot di armada adalah spesialis yang berkontribusi pada eksperimen,” kata John Ryan, spesialis penelitian senior di MBARI dan salah satu penulis studi tersebut. “Pendekatan adaptif ini memberi kami perspektif baru tentang proses lingkungan yang terjadi di dalam dan di sekitar komunitas plankton ini.”

Armada robotik ini sekarang juga digunakan untuk memantau gangguan utama lainnya pada kesehatan laut seperti pertumbuhan alga yang berbahaya dan tumpahan minyak. “Mengingat perubahan cepat yang dialami lautan kita sebagai akibat dari aktivitas manusia seperti perubahan iklim, polusi, dan penangkapan ikan berlebihan, teknologi ini berpotensi mengubah kemampuan kita untuk memahami dan memprediksi kesehatan laut,” kata Scholin.

Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation, Simons Foundation, Gordon and Betty Moore Foundation, Schmidt Ocean Institute, David and Lucile Packard Foundation, dan State of Hawai’i.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney