https://bodybydarwin.com
Slider Image

Der egoistische, roboterzentrierte Fall gegen die bemannte Erforschung: Underwater Edition

2021

Vor etwas mehr als zwei Jahren stürzte James Cameron 6, 8 Meilen nach unten und war der erste Entdecker, der allein die Tiefen des Marianengrabens auslotete.

Korrektur: Es war das erste Mal, dass ein Mensch dieses Unterwassertal alleine erkundete. Mindestens drei verschiedene ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs) schlugen den legendären Filmemacher ins Schwarze und fuhren mehr als dreimal tiefer in diesen Graben hinein als sein Ein-Mann-U-Boot. Die fortschrittlichste dieser Maschinen, Nereus, ist gerade auf einer weiteren Tiefsee-Mission, die Teil einer 40-tägigen Expedition ist, um das Leben im 10 km tiefen Kermadec-Graben in der Nähe von Neuseeland zu beobachten. Es ist Teil eines größeren Projekts mit dem Namen HADES (HADal Ecosystem Studies), das die erste systematische Untersuchung der Lebewesen in der Hadalzone oder in Tiefen zwischen 3, 7 und 6, 8 ​​Meilen durchführen soll. Die Mission wurde am 12. April gestartet und sollte bald beginnen, Live-Videostreams von Nereus zu liefern, einschließlich potenzieller Entdeckungen von nicht aufgezeichneten Organismen.

Das letzte Detail ist wichtig. Wenn Sie neugierig und wissenschaftlich sind, fungiert Nereus als Ihr Unterwassersurrogat. Sie müssen nicht warten, um von den Erfolgen zu hören - Sie können sie live verfolgen. Und während Sie auf den Start der HADES-Feeds warten, können Sie eine weitere separate Tiefseeexpedition im Golf von Mexiko fernsteuern, an die das NOAA-Forschungsschiff Okeanos Explorer derzeit sein eigenes Live-Streaming-ROV sendet Untersuche den Meeresboden. Irgendwann ist es möglich, zwischen mehreren Futtermitteln aus zwei der unwirtlichsten Gegenden der Erde zu wechseln und die seltsamen und unentdeckten Bestien zu bestaunen, die dort leben, wo Menschen unbedingt Angst haben sollten, aufzutreten.

Willkommen im Zeitalter der Fernerkundung. Dies ist nicht zu verwechseln mit dem Zeitalter der Roboterexploration - Maschinen untersuchen seit Jahrzehnten unsichere Bereiche unter Wasser sowie noch gefährlichere Umgebungen im Weltraum. Traditionell waren diese Systeme mit ihren Erkenntnissen genauso konfrontiert wie bemannte Entdecker, und die Vermittler mussten die Ergebnisse verarbeiten oder verbreiten. Egal, ob es sich um einen Astronauten handelte, der floride Szenenbeschreibungen für das Stehen auf dem Mond einbrachte, oder um Astrophysiker, die die Signale der Voyager in einen kosmischen Kontext stellten, die Früchte all dieser Abenteuer waren von Natur aus von unserer eigenen Erfahrung getrennt. Erkundung war ein stellvertretender Nervenkitzel.

Nun kann es ein voyeuristischer sein. In einem glücklichen Zusammentreffen von technischem Fortschritt und Öffentlichkeitsarbeit können Gelegenheitszuschauer sehen, was Roboter sehen.

Manchmal ist ungefilterte Erkundung in Echtzeit ein Problem. Die Feeds des Okeanos Explorer können das ozeanische Äquivalent zum Betrachten von C-Span sein, da nichts als Trümmer und kahler Meeresboden an der hochauflösenden Kamera der Maschine vorbeiziehen. Aber für eine 10-minütige Strecke dieser Pat Frida, war der ROV-Stream Nieten.

Es gab eine kurze Begegnung mit einem Schneckenfisch (bei der eine erzählende Forscherin die Biologin und das Wissenschaftsteam zusammen mit Stephanie Farrington über ihre schlechte lateinische Aussprache beschimpfte), eine andere mit einem Halsabschneideraal und dann eine langsame Verfolgung einer leuchtend roten Garnele. Warum sollte irgendetwas in 2176 Metern Tiefe so rot sein, wo sein greller Farbton für alles, was nicht mit einem Scheinwerfer ausgestattet ist, tiefschwarz erscheint? Die Forscher diskutierten, waren sich nicht einig und wurden schließlich von einem Kollegen aus dem Off unterrichtet - leuchtende Farben sind bei Tiefsee-Kreaturen keine Seltenheit, aber Muster, die hochleistungsfähige Augen und eine Fülle von Licht erfordern, um wahrgenommen zu werden, sind unbekannt.

Ich habe keine Geschichte miterlebt, aber das ist viel zu erwarten von einer einzigen Mittagspause. Und selbst wenn das Futter den ganzen Nachmittag im Hintergrund läuft und mich die Audiodaten gelegentlich zum entsprechenden Browser-Tab zurückziehen, habe ich festgestellt, dass Wale (oder bestimmte Arten von Walen) manchmal auf dem Meeresboden ruhen, sich einnisten und kreieren unverwechselbare Muster mit ihren Egeln. Später, als die Kamera fest auf eine flatternde, wellige Holothurian oder Seegurke zoomte, erzählte das Wissenschaftsteam den effizienten Fütterungsprozess der Kreatur. Das dunkelbraune wirbellose Tier hat offenbar schon während des Essens Abfall ausgestoßen und an unsichtbaren Nährstoffen gesaugt, als es über den Meeresboden kletterte. Als es plötzlich abhob, dankte der Biologe den Piloten des Roboters für die seltene Nahansicht. Ich möchte diese Gelegenheit auch nutzen, um ihnen und allen, die an der aktuellen Mission des Okeanos Explorer beteiligt sind, zu danken. Diese Art von unverpacktem, ungefiltertem Remote-Mitfahren mit intelligenten Leuten, die bequem miteinander plaudern und Vermutungen und Beobachtungen im Fluge bestätigen, erweckt die Feldforschung zum Leben.

Es ist möglich, dass die Aufnahmen des von James Cameron gesammelten Marianengrabens gleichermaßen aufregend sind, wenn nicht sogar noch aufregender. Wir sollten es herausfinden, sobald seine 3D-Dokumentation Deepsea Challenge herauskommt (es ist für dieses Jahr geplant, ein Veröffentlichungstermin muss jedoch noch bekannt gegeben werden). Und nichts hindert bemannte Missionen, sowohl zum Meer als auch zu Zielen im Weltraum, daran, ähnliche Telepresence-Elemente zu haben. Der Löwenanteil der derzeit geplanten Erkundungen betrifft jedoch keine Menschen, die in Cockpits sitzen. Während die NASA eine bemannte Mission für einen Asteroiden in Betracht zieht, plant die Agentur, in den kommenden Jahrzehnten eine breite Palette von Robotersonden auf den Markt zu bringen, einschließlich eines möglichen Besuchs des Jupiter-Mondes Europa. Im Ozean neigt sich die Waage noch stärker zu Robotern. Laut Brian Midson, Programmdirektor von NSF für das Nereus-ROV und das bemannte Alvin-Mini-U-Boot, konzentriert sich die Finanzierung für neue Tiefseeforschungsfahrzeuge fast ausschließlich auf unbemannte Systeme.

Das Eis erforschen, mit Licht sprechen

Das sind schlechte Nachrichten für diejenigen, die es lieben, von dem heldenhaften Flirt mit der Gefahr eines anderen zu hören, und gute Nachrichten für die egoistischen Sesselforscher unter uns. Mehr Totalroboter im Wasser und fortschrittlichere Modelle bieten mehr Möglichkeiten, sich aus der Ferne an der Aktion zu beteiligen. Nereus zum Beispiel ist seit mehr als sechs Jahren in Betrieb, gehört jedoch zu den fortschrittlichsten Unterwasser-Bots der aktuellen Generation. Es wird als hybrides ROV bezeichnet, da es von menschlichen Piloten direkt über seine Glasfaserkabel gesteuert oder auf völlig autonomen Missionen gesendet werden kann. Und anders als das ROV des Okeanos Explorer, das 6000 Meter in die Tiefe reicht, ist der batteriebetriebene Nereus bis zu 35.000 Fuß tief und verfügt über ein leichtes Kabel im Wert von 25 Meilen, das ihm einen enormen Aktionsradius verleiht.

Und wie sein mythologischer Namensvetter hat Nereus Nachkommen. Die Macher des Bots an der Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts bauen eine Reihe von Varianten namens Nereids (die Töchter, im griechischen Mythos, des Seetitan Nereus). Der erste Ableger, Nereid UI oder Under Ice, ist für die Suche unter Polareis ausgelegt und bewegt sich bis zu 19 km von seinem Kontrollschiff entfernt. Es ist langlebiger und weniger störanfällig als sein Vorgänger, da es schwierig ist, eine Maschine zu finden, die unter dem Eis liegt. „Wenn es das Ballastgewicht senkt und versucht, wieder an die Oberfläche zu kommen, um auf eine Abholung zu warten, weißt du was? Es ist für immer in einer Welt gefangen, in der es keine Rettung gibt “, sagt Andy Bowen, Chefingenieur bei Woods Hole. Der Backup-Plan von Nereid UI ist unabhängiger - seine Entwurfs- und Build-Toleranzen entsprechen eher denen, die in den Weltraum reisen. Wenn dies fehlschlägt, wird der Roboter autonom und versucht, den Weg nach Hause zu finden. Obwohl vollautomatische Tauchboote in Unter-Eis-Missionen eingesetzt wurden, beschränken sie sich auf das, was Bowen „Rasenmähen“ nennt, oder auf umfassende, detailarme Vermessungen großer Gebiete. Nereid UI wäre das erste System, das in der Lage ist, bestimmte Abschnitte von Eis und Organismen genau zu untersuchen und zu beproben. Dies ist eine entscheidende Komponente für das Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels und der Geschwindigkeit des Abbaus von Eisplatten.

Nereid UI soll in diesem Sommer in der Arktis eingesetzt werden. Es bleibt abzuwarten, ob es den Zuschauern zu Hause Telepräsenz bietet, aber die Rohfunktion ist vorhanden, basierend auf der in das Kabel eingebetteten Glasfaser. Und bis 2016 sollte ein anderes Nereid-Modell in der Lage sein, Videos ohne physische Kabel an sein Kontrollschiff zurückzusenden.

Der funktionierende, inoffizielle Name für dieses System ist Nereid 11K (ein Hinweis auf seine Zieltiefe von 11.000 Metern). Das Team von Bowen in Woods Hole entwickelt es derzeit für das Schmidt Ocean Institute, eine gemeinnützige Forschungsorganisation, die vom Google-Vorsitzenden Eric gegründet wurde Schmidt und seine Frau Wendy Schmidt. Das Institut hat Nereus in der Vergangenheit verwendet, möchte nun aber einen eigenen unbemannten Forscher, der auch als Testumgebung für einen möglichen Durchbruch in der Unterwasserkommunikation fungiert - ein optisches Modem, das Daten mithilfe von Blitzlichtern durch das Wasser überträgt. Während herkömmliche Funksignale in nahezu jeder Tiefe unbrauchbar sind und die Reichweite und Bandbreite der akustischen Signale begrenzt ist, haben die Forscher von Woods Hole Daten mit einem Fotovervielfacher aus einer Entfernung von bis zu 150 Metern zwischen 1 und 20 Megabit pro Sekunde übertragen ( ein extrem empfindlicher Lichtsensor), um auf Muster zu achten, die auf einer Reihe von LEDs wiedergegeben werden. Im Vergleich dazu liegt die durchschnittliche Internetübertragungsgeschwindigkeit in den USA bei 18, 2 Megabit pro Sekunde. Nereus 11K könnte möglicherweise mit dieser Rate mithalten und qualitativ hochwertiges Video über ein photonisches Flaggensemaphor übertragen.

Obgleich 150 Meter eine dürftige Entfernung sein können, zumindest im Zusammenhang mit Tiefseeeinsätzen, könnten optimale Modems mithilfe mehrerer Fahrzeuge oder Unterwasserbojen miteinander verkettet oder vollständig von Robotersystemen entfernt werden, um es Tauchern zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren. Ungebundene autonome U-Boote können ihr Filmmaterial und andere Daten auch dann freigeben, wenn sie sich in optischer Reichweite befinden, und aktualisierte Bestellungen erhalten, bevor sie wieder an die Arbeit gehen. Während bemannte U-Boote das optische Modem theoretisch im Feld testen könnten - genauso wie sie theoretisch Live-Videostreams liefern könnten -, ist es der Roboter Nereus 11K, der die Technologie tatsächlich vorantreiben wird. Unbemannte Entdecker haben nicht nur mehr Missionsstunden in Anspruch genommen und uns mehr Möglichkeiten geboten, aus der Ferne mitzumachen, sondern auch mehr Innovation.

Wenn es nicht bereits offensichtlich ist, spreche ich nicht für die Tiefseeforschung oder für die Populärwissenschaft, indem ich den Aufstieg der Roboterexploration und den relativen Rückgang der bemannten Missionen beklatsche. Andy Bowen und Brian Midson, die die Entwicklung und den Einsatz von Nereus in Woods Hole und NSF geleitet haben, sind auch Aufseher der Tiefseeforschung mit von Menschen besetzten Fahrzeugen und glauben daran, dass es wichtig ist, Augäpfel unter Wasser zu werfen. "Es ist klar, dass ein Mensch immer noch der bei weitem beste Sensor ist, um unbekannte, unstrukturierte Umgebungen zu verstehen, " sagt Bowen. "Midson ist nachdrücklicher." Warum sollte er sich die Mühe machen, zum Grand Canyon zu gehen, wenn man es im Fernsehen sehen kann? ", Fragt er (rhetorisch). .

Aus wissenschaftlichen Gründen ist es wichtig, gelegentlich unerschrockene Menschen zu entsenden. Menschen können oft sehen, was selbst die Kameras mit der höchsten Auflösung nicht können, oder komplexe geologische Rätsel verstehen. Unbemannte Systeme und die Telepräsenz, die sie bieten können, definieren die Erkundung neu und schließen die virtuelle Distanz zwischen Erkunder und Beobachter.

Ich plädiere nicht für ein Robotermonopol auf Abenteuer oder einen artenweiten Einstieg in eine weniger lebendige Version der Matrix, während wir beobachten, wie Maschinen all die lustigen Dinge erledigen. Aber wenn wir über den puren Nervenkitzel der Entdeckung sprechen, dann ist dies eine Zeit zum Feiern, in der wir aufhören können, uns auf Beschreibungen und Berichte der ersten Reise eines Menschen in eine tödliche Umgebung zu verlassen und zusehen, wie dies für uns selbst geschieht. Der Grand Canyon ist persönlich offensichtlich atemberaubender als im Fernsehen. Aber was wäre, wenn der Grand Canyon unter kilometerlangen Gewässern in lichtlosen, eisigen, knochenbrechenden Tiefen liegen würde, in die nur eine Handvoll Forscher oder ein unglaublich reicher Filmemacher jemals gehen könnte? Würden Sie sich damit begnügen zu hören, wie sehr dieses Tauchboot daran gearbeitet hat, diese rarifizierten Menschen während ihrer lebensverändernden Erfahrungen am Leben zu erhalten? Oder möchten Sie, dass ein Roboter eine Version dieser Wunder auf Ihren Bildschirm überträgt?

Das schmutzige Geheimnis des Recyclings: Die meisten Dinge, die recycelt werden könnten, sind es nicht

Das schmutzige Geheimnis des Recyclings: Die meisten Dinge, die recycelt werden könnten, sind es nicht

Schwerkraft und gutes Timing halfen dem Hubble, einen Stern aus dem frühen Universum zu erkennen

Schwerkraft und gutes Timing halfen dem Hubble, einen Stern aus dem frühen Universum zu erkennen

Diese Grafiken zeigen Amerikas komplizierte Beziehung zur körperlichen Betätigung

Diese Grafiken zeigen Amerikas komplizierte Beziehung zur körperlichen Betätigung