Небольшие автономные подводные роботы дают ученым новый способ выявления областей необычайно высокой биологической активности на коралловых рифах. Вместо того, чтобы полагаться исключительно на дайверов и камеры, система сочетает подводную аудиозапись с визуальным наблюдением за рифом. По данным Океанографического института Вудс-Хоул, в ходе полевых испытаний на Виргинских островах США роботы неоднократно выявляли горячие точки вокруг крупных столбчатых коралловых структур, где плотность рыбы была примерно в 25 раз выше, чем где-либо еще на рифе.Система также может отслеживать биологические звуки в воде и успешно отслеживала источники звука на расстоянии до 80 метров в контролируемых экспериментах. Технология, разработанная исследователями Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), называется CUREE, сокращенно от «Любопытный подводный робот для исследования экосистем».Робот, который не только видит, но и слушаетТрадиционные исследования коралловых рифов часто используют дайверов, камеры и другое оборудование для сбора наблюдений. Хотя эти подходы позволяют проводить подробные наблюдения, их масштаб и продолжительность могут быть ограничены практическими ограничениями работы под водой. CUREE предназначен для автономного перемещения по сложной среде коралловых рифов, сбора информации и исследования областей аномально высокой биологической активности.Робот сочетает в себе камеру с гидрофоном — подводным микрофоном, который записывает звуки, издаваемые морскими животными. Бортовой компьютер анализирует звуковые и визуальные сигналы в режиме реального времени во время движения автомобиля. В то время как камеры предоставляют подробную информацию с близкого расстояния, акустическое зондирование может обнаружить биологическую активность вдали от робота.Два метода зондирования компенсируют ограничения друг друга. Камеры могут предоставлять информацию на уровне вида, но только на относительно коротких расстояниях. Хотя акустические сигналы могут предоставлять информацию на большей территории, они содержат меньше информации на уровне вида, и их может быть трудно обнаружить в шумной среде рифов. Поэтому CUREE использует звук для локализации интересующей области, прежде чем осматривать ее с близкого расстояния с помощью камеры.Выделялась одна коралловая структура.Исследовательская группа протестировала систему во время трех экспедиций на риф Джоэлс на Виргинских островах США с 2022 по 2024 год. CUREE последовательно идентифицировал одни и те же регионы как биологические «горячие точки». Визуальные исследования показали, что плотность рыбы возле сооружений почти в 25 раз выше, чем в других частях рифа.Результаты также демонстрируют важность структуры коралловых рифов для понимания того, где сосредоточена морская жизнь. Сложные рифовые структуры предоставляют возможности для укрытия и кормления и могут помочь объяснить, почему в некоторых ландшафтах обитают скопления животных. Обнаружение этих микроскопических горячих точек может помочь исследователям понять, почему соседние части одного и того же рифа поддерживают совершенно разные уровни биологической активности.Робот также мог извлекать определенные звуки тела. В контролируемых экспериментах CUREE отслеживал источники звука на расстоянии до 80 метров, а в другом тесте автономно сходился в горячей точке естественного кораллового рифа. Система также может отслеживать отдельных животных. Предыдущие эксперименты CUREE продемонстрировали автономное отслеживание барракуд и скатов, показав, как роботы могут отслеживать мигрирующих животных в рамках наблюдений за коралловыми рифами.
По данным Океанографического института Вудс-Хоул, в ходе полевых испытаний на Виргинских островах США роботы неоднократно выявляли горячие точки вокруг крупных столбчатых коралловых структур, где плотность рыбы была примерно в 25 раз выше, чем где-либо еще на рифе. Изображение предоставлено: Wikimedia Commons.
От исследования коралловых рифов к сохранениюПотенциальным преимуществом является то, что робот сможет исследовать риф, адаптируя свои движения к обнаруживаемым им биологическим сигналам, а не просто собирая наблюдения по фиксированному маршруту исследования. Такие системы могли бы помочь в мониторинге коралловых рифов, которые трудно многократно обследовать, поскольку они сталкиваются с такими проблемами, как потепление, болезни и загрязнение.Исследователи WHOI отмечают, что, хотя коралловые рифы занимают лишь около 0,1% площади океана, на них обитает около четверти всей морской жизни, что делает их выявление потенциальным активом для экологических исследований и сохранения. Между тем, другие исследовательские проекты показали, что подводные звуки могут быть очень полезны для анализа структуры коралловых рифов. В 2024 году исследователи WHOI продемонстрировали, что звук, доносящийся из здоровых коралловых рифов, в семь раз чаще колонизирует личинки кораллов по сравнению с деградировавшими рифами.Следует также отметить, что результаты, полученные с помощью CUREE, не означают, что работа морских биологов или традиционных исследований рифов будет ненужной. Ученые рассматривают этих роботов как устройства, которые могут расширить человеческое познание благодаря их способности работать долгие часы, преодолевать труднопроходимую местность и интегрировать разрозненные данные. Конечная цель — разработать автономные транспортные средства, которые смогут исследовать плохо нанесенные на карту коралловые рифы. Находя места скопления рыб и других организмов, робот сможет понять экосистемы коралловых рифов лучше, чем когда-либо прежде.