Otonom Robotik Gezici Derin Abisal Deniz Tabanındaki Hayata Yeni Bir Bakış Sağlıyor
Otonom robotik gezici, bilim insanlarına derin deniz karbon döngüsünü ve iklim değişikliğini uzun vadeli izleme konusunda yardımcı oluyor.
Derin denizin uçsuz bucaksız genişliği ve aşırı bir ortamda çalışmanın teknolojik zorlukları, bu derinliklere erişmeyi ve çalışmayı zorlaştırıyor. Bilim adamları, ayın yüzeyi hakkında derin deniz tabanından daha fazlasını biliyor. MBARI, bu eşitsizliği gidermek için robotik teknolojilerdeki gelişmelerden yararlanıyor.
Otonom bir robotik gezici olan Benthic Rover II, okyanus yüzeyinin 4.000 metre (13.100 fit) altındaki dipsiz deniz tabanındaki hayata yeni bir bakış açısı sağladı. Bugün yayınlanan bir araştırma Bilim Robotik bu gezicinin gelişimini ve kanıtlanmış uzun vadeli çalışmasını detaylandırıyor. Bu yenilikçi mobil laboratuvar, derin denizin karbon döngüsündeki rolünü daha da ortaya koydu. Bu gezici tarafından toplanan veriler, iklim değişikliğinin okyanus üzerindeki etkilerini anlamak için esastır.
“Bu abisal gezicinin başarısı artık su sütunu ve deniz tabanı arasındaki bağlantının uzun vadeli izlenmesine izin veriyor. MBARI Kıdemli Bilim Adamı Ken Smith, “Bu bağlantılı süreçleri anlamak, değişen bir iklime maruz kalan gezegenimizin sağlığını ve üretkenliğini tahmin etmek için çok önemlidir” dedi.
Güneşli sığlıklardan uzaklığına rağmen, derin deniz tabanı yukarıdaki sularla bağlantılıdır ve karbon döngüsü ve sekestrasyon için hayati öneme sahiptir. Ölü bitkiler ve hayvanlar, sümük ve atılan atıklar dahil olmak üzere organik madde parçaları, su sütunundan deniz tabanına yavaşça batar. Çamurun üzerindeki ve içindeki hayvan ve mikrop topluluğu bu karbonun bir kısmını sindirirken geri kalanı binlerce yıl boyunca derin deniz tortullarında kilitli kalabilir.
Derin deniz, Dünya’nın karbon döngüsünde ve ikliminde önemli bir rol oynar, ancak yüzeyin binlerce metre altında gerçekleşen süreçler hakkında hala çok az şey biliyoruz. Aşırı basınç ve deniz suyunun aşındırıcı doğası gibi mühendislik engelleri, karbonun gelgitini ve akışını incelemek ve izlemek için dipsiz deniz tabanına ekipman göndermeyi zorlaştırır.
Geçmişte, Smith ve diğer bilim adamları, derin deniz tabanı topluluklarının karbon tüketimini incelemek için sabit araçlara güveniyorlardı. Bu araçları yalnızca birkaç gün boyunca konuşlandırabilirlerdi. MBARI, 25 yıllık mühendislik yeniliği üzerine inşa ederek, dipsiz deniz tabanını izlemek için uzun vadeli bir çözüm geliştirdi.
Elektrik Mühendisliği Grup Başkanı Alana Sherman, “Derin denizdeki heyecan verici olaylar genellikle hem kısa süreli hem de öngörülemeyen aralıklarla meydana gelir, bu nedenle Benthic Rover II ile sürekli izlemeye sahip olmak çok önemlidir,” dedi. “Sürekli izlemiyorsanız, ana aksiyonu kaçırmanız muhtemeldir.”
Benthic Rover II, Smith ve Sherman liderliğindeki MBARI mühendisleri ve bilim adamlarından oluşan ortak bir ekibin sıkı çalışmasının sonucudur.
MBARI’daki mühendisler, derin denizin soğuk, aşındırıcı ve yüksek basınç koşullarıyla başa çıkmak için Benthic Rover II’yi tasarladı. Korozyona dayanıklı titanyum, plastik ve basınca dayanıklı sözdizimsel köpükten üretilen bu gezici, 6.000 metre (yaklaşık 19.700 fit) derinliğe kadar konuşlandırmalara dayanabilir.
MBARI Elektrik Mühendisi Paul, “Bu aşırı koşullarda çalışmanın fiziksel zorluklarına ek olarak, bir yıl boyunca çökmeden çalışacak kadar güvenilir bir bilgisayar kontrol sistemi ve yazılımı tasarlamamız gerekiyordu – sıfırlama düğmesine basacak kimse yok” dedi. McGill. “Elektroniklerin de çok az güç tüketmesi gerekiyor ki bir yıl yetecek kadar pil taşıyabiliyoruz. Tüm yaptıklarına rağmen, gezici ortalama olarak yalnızca iki watt tüketiyor; bu da yaklaşık olarak bir iPhone ile aynı.”
Benthic Rover II, yaklaşık 2,6 metre (8,5 fit) uzunluğunda, 1,7 metre (5,6 fit) genişliğinde ve 1,5 metre (4,9 fit) yüksekliğinde küçük bir araba boyutundadır ve çamurlu zemin üzerinde bir çift geniş, lastik izler.
Araştırmacılar, MBARI’nin gemisi R/V’den Benthic Rover II’yi görevlendirdi Batı El İlanı. Gemi mürettebatı, gezici aracı dikkatli bir şekilde suya indirir ve okyanus tabanına serbest düşüş için serbest bırakır. Gezicinin dibe ulaşması yaklaşık iki saat sürüyor. Deniz tabanına indiğinde, gezici görevine başlayabilir.
İlk olarak, sensörler deniz tabanı boyunca akan akımları kontrol eder. Uygun akımları tespit ettiklerinde, gezici veri toplamaya başlamak için bozulmamış bir siteye ulaşmak için akıntı boyunca yukarı veya aşağı hareket eder.
Gezicinin önündeki kameralar deniz tabanını fotoğraflıyor ve floresansı ölçüyor. Mavi ışık altındaki bu belirgin klorofil parıltısı, deniz tabanına ne kadar “taze” fitoplankton ve diğer bitki artıklarının düştüğünü ortaya koyuyor. Sensörler, tabanın hemen üzerindeki suların sıcaklığını ve oksijen konsantrasyonunu kaydeder.
Daha sonra gezici, 48 saat boyunca çamurdaki yaşam topluluğunun oksijen tüketimini ölçen bir çift şeffaf solunum ölçer odasını indiriyor. Hayvanlar ve mikroplar organik maddeyi sindirirken oksijeni kullanır ve belirli bir oranda karbondioksit salarlar. Bu hayvanların ve mikropların ne kadar oksijen kullandığını bilmek, karbon remineralizasyonunu, yani organik maddenin karbondioksit de dahil olmak üzere daha basit bileşenlere ayrılmasını anlamak için çok önemlidir.
48 saat sonra, gezici solunum ölçer odacıklarını yükseltir ve önceki yolunu geçmemeye dikkat ederek 10 metre (32 fit) ileri hareket eder ve numune almak için başka bir yer seçer. Bu örnekleme modelini, dağıtım süresi boyunca, tipik olarak tam bir yıl boyunca tekrar eder.
Her dağıtımın sonunda, R/V Batı El İlanı geziciyi kurtarmak, verilerini indirmek, pilini değiştirmek ve bir yıl daha derin deniz tabanına geri göndermek için geri döner. MBARI ekibi, her yıl süren dağıtımda, Benthic Rover II’nin ilerlemesini kontrol etmek için üç ayda bir kıyıdan geri dönmek için başka bir otonom robot olan Wave Glider’ı piyasaya sürüyor. McGill, “Gezgin, konumunu veya durumunu bize bildirmek için bizimle doğrudan iletişim kuramaz, bu nedenle robotumuzu bulması için bir robot göndeririz,” diye açıkladı. Wave Glider’daki akustik bir verici, aşağıdaki deniz tabanındaki geziciye sinyal veriyor. Gezici daha sonra durum güncellemelerini ve örnek verileri planörün tepesine gönderir. Planör daha sonra bu bilgiyi uydu aracılığıyla kıyıdaki araştırmacılara iletir.
MBARI Kıdemli Araştırma Uzmanı Crissy Huffard, “Benthic Rover II’den elde edilen veriler, dipsiz deniz tabanında ne zaman, ne kadar ve hangi karbon kaynaklarının tutulabileceğini veya depolanabileceğini belirlememize yardımcı oldu” dedi.
Son yedi yıldır Benthic Rover II, İstasyon M, merkezi Kaliforniya kıyılarında 225 kilometre (140 mil) bulunan bir MBARI araştırma sitesi. M İstasyonu, okyanus yüzeyinin 4.000 metre (13.100 fit) altında -okyanusun ortalama derinliği kadar derin- yer alır ve onu dipsiz ekosistemleri incelemek için iyi bir model sistem yapar.
Son 32 yılda, Smith ve ekibi İstasyon M. Benthic Rover II’de benzersiz bir sualtı gözlemevi inşa ettiler ve bir dizi başka alet orada tam bir yıl boyunca hizmet verilmeden haftanın yedi günü günde 24 saat çalışıyor.
Sherman, “Gezi aracının yedi yıllık güvenilir performansı ve ömrünün yüzde 99’unu deniz tabanında geçirmesi, uzun yıllar süren testlerin, sorun giderme çalışmalarının ve aracın bakımı için en iyi tekniklerin geliştirilmesinin bir sonucudur” dedi. “Bilimdeki zorlu sorunlara teknolojiyi uygularken nelerin mümkün olduğuna dair harika bir örnek.”
M istasyonunda toplanan veriler, derin denizin statik olmaktan uzak olduğunu göstermektedir. Fiziksel, kimyasal ve biyolojik koşullar, saatlerden on yıllara kadar değişen zaman dilimlerinde önemli ölçüde değişebilir.
Kaliforniya Akıntısının M İstasyonu üzerindeki yüzey suları, ilkbahar ve yaz aylarında fitoplanktonlarla doludur. Verimlilikteki bu mevsimsel atımlar, su sütunundan deniz tabanına kademelendirilir. “Deniz karı” olarak bilinen bu batan organik maddenin çoğu, atmosferdeki karbondioksitten kaynaklanmaktadır.
Son on yılda, MBARI araştırmacıları M İstasyonunda deniz tabanına düşen büyük deniz karı darbelerinde çarpıcı bir artış gözlemlediler. Bu epizodik olaylar, bu bölgedeki yıllık gıda arzının artan bir kısmını oluşturuyor. İstasyon M’deki yedi yıllık operasyonda, Benthic Rover II önemli haftalık, mevsimlik, yıllık ve epizodik olaylar kaydetti – hepsi MBARI araştırmacılarının derin deniz karbon döngüsünü anlamalarına yardımcı olan veriler sağlıyor.
Kasım 2015 ile Kasım 2020 arasında, Benthic Rover II, tepedeki sulardan dipsiz deniz tabanına inen ölü fitoplankton ve diğer bitki açısından zengin enkaz (phytodetritus) yağmurunda önemli bir artış kaydetti. Derin deniz tabanının hemen üzerindeki sularda çözünmüş oksijen konsantrasyonunda bir azalma, bu organik madde düşüşüne eşlik etti.
Geleneksel kısa vadeli izleme araçları, uzun vadeli değişiklikleri ve eğilimleri yönlendiren dalgalanmaları tespit edemezdi. Benthic Rover II, karbonun yüzeyden deniz tabanına nasıl hareket ettiğinin daha eksiksiz bir resmini ortaya çıkardı.
Huffard, “Benthic Rover II, derin denizlerde küresel modellerde gözden kaçırılan önemli kısa ve uzun vadeli değişiklikler konusunda bizi uyardı” dedi.
Benthic Rover II’nin başarısı ve MBARI’nin Station M’de devam eden çalışmaları, kalıcı platformların ve uzun vadeli gözlemlerin Dünya’daki en büyük yaşam alanı hakkındaki anlayışımızı nasıl geliştirebileceğini vurgulamaktadır. Derin deniz tabanından maden kaynakları çıkarmak isteyen daha fazla şirketle, bu veriler aynı zamanda endüstriyel gelişme veya derin deniz madenciliği için düşünülen alanlardaki temel koşullar hakkında değerli bilgiler veriyor.
Okyanus aynı zamanda Dünya’nın karbon döngüsü ve ikliminde önemli bir bileşendir. Okyanus ve biyolojik toplulukları, karbondioksit için bir havuzdur. Fosil yakıtları yakmak, hayvan yetiştirmek ve ormanları temizlemek, her yıl atmosferimize milyarlarca ton karbondioksit salıyor. Okyanus, bu fazla karbondioksitin yüzde 25’inden fazlasını emerek bizi en kötü etkilerden korudu. Değişen bir iklimle karşı karşıyayken, okyanusun güneşli yüzeyi ile karanlık derinlikleri arasında karbonun nasıl aktığını anlamak her zamankinden daha önemli.
Referans: “Abyssal Benthic Rover: derin okyanus süreçlerinin otonom uzun vadeli izlenmesi” 3 Kasım 2021, Bilim Robotik.
DOI: 10.1126/scirobotics.abl4925
MBARI hakkında
MBARI (Monterey Bay Akvaryumu Araştırma Enstitüsü), 1987 yılında David Packard tarafından okyanusu keşfetmek ve anlamak için yenilikçi teknolojiler geliştirmeye odaklanan, kar amacı gütmeyen özel bir oşinografik araştırma merkezidir. MBARI’nin misyonu, değişen bir okyanusu anlamak için deniz bilimi ve teknolojisini ilerletmektir.
.