一个皮划艇大小的机器人阻止冰山一角

 
为了确定融化的冰山如何影响海洋，一个皮划艇大小的机器人阻止了北大西洋海域中巨大的冰块漂流和旋转-全部靠它自己。
或者至少那是Hanumant Singh在机器人算法中考虑的因素，以便绘制Sermilik Fjord(距格陵兰东部海岸线50英里)的冰山的清晰3D地图。
科学家们知道，格陵兰冰盖上的冰山正在响应气候变化而迅速融化，但尚不清楚融化速度有多快。东北大学的电气和计算机工程教授辛格说，问题在于弄清楚如何测量不断运动的大块冰。
他说：“人们对此知之甚少。” “冰山正在移动，并且正在快速移动，每天大约有10公里。”
为了获得融化速率的具体概念，需要随时间比较冰山形状和表面的精确测量值。但是，以恒定运动映射对象是机器人的致命弱点。
从事自动无人机工作的工程师通常会遇到这一挑战，因为机器人需要扫描并绘制环境图，以实现有效，自主的移动。辛格说，所有这些通常都是在假设事情不会动的前提下计算的。
他说：“很多时候，您会拥有一个机器人，它将为建筑物绘制精美的地图。” “但是那样的话，人们就会动起来，并且由于在环境中使用静态功能，机器人完全迷路了。”
水中没什么不同。机器人对移动目标的测量结果很容易失真并且难以校正。
辛格(Singh)为远程和水下环境设计无人机系统，他的目标是通过计算来解决这一难题，该计算可同时考虑到冰山在机器人周围导航并绘制地图时的运动。换句话说，他用一堆数学来冻结运动。
在最近的一篇论文中，辛格和一组研究人员描述了他们用来纠正漂浮在Sermilik Fjord的十几个冰山运动的技术和算法。
该算法对冰山的3D重建显示了冰的几何形状和浮雕的高分辨率细节，即使使用海洋无人机捕捉的原始图像，有时也无法捕获。辛格说，与现实中的冰相比，这些模型的准确性非常接近。
他说：“在几厘米，甚至十厘米之内。”
对于试图确定地球冰消逝速度有多快以及这种变化将如何影响地球其余部分的科学家而言，这个细节水平早就该了。
随着冰山融化，大量淡水被带入大海。从长远来看，这种不断变化的海洋动力学会破坏水在全球的流动和循环方式，将必需的热量和养分传递给寒冷和温带的生态系统。
辛格说：“我们的角色是制图，但其他合著者对数据感兴趣。” “他们都是物理海洋学家，将用它来实际制作淡水发生情况，这些冰山如何融化以及气候变化如何对其造成影响的模型。”
简而言之，辛格的机器人系统只是一个摄像头和一个声纳传感器，安装在市售的天然气皮划艇上。辛格说，这是与传统的突破，因为海洋机器人往往很昂贵。
借助其摄像头，机器人可以拍摄暴露在水面上的冰山部分的原始图像。然后，机器人使用这些图片在冰山周围进行有策略的导航，并帮助声纳传感器对淹没的冰进行高质量的测量，该测量占冰结构的90%以上。
辛格说：“我们在顶部得到了整个冰山的三维形状，然后可以将其用作导航来纠正底部的东西。” “这些数据有广泛的重叠，并且还为我们提供了导航，这使我们能够纠正另一个传感器。”
在格陵兰岛等地，照明很难在明亮的背景下捕获大块的，闪闪发亮的白色冰块的图像。在多云和黑暗的情况下，这也是一个难以捕捉的环境：相机很难区分冰山的颜色和天空的灰色融合。然后，视野中还有其他所有内容。
辛格说：“您在峡湾中，因此所有这些地点和这些碎片都在水中，我们要完全忽略。”
更不用说靠近冰山了有多危险。
几十年来，研究人员一直在努力与冰山亲密接触。这些冰层可能比大型停车场大几倍，并且在水的上方和下方都有凸出的冰块，如果冰山翻倒或破裂，可能会造成危险。
辛格说，这就是使用聪明但相对便宜的无人机的全部意义。机器人是消耗性的，它们有时会冒人们无法承受的风险。
他说：“您不希望人类站在小船旁边的东西旁边进行测量。” “如果您在附近的任何地方，而这东西翻倒了，它将带您去。”
辛格说，了解气候变化是他的机器人可以做的最好的事情之一。其中包括一系列研究环境的运动，例如珊瑚礁和水下考古遗址。接下来，可能是彗星和小行星在外层空间中移动。
辛格说：“我们不仅仅是工程师，而是工程师。” “我们还真正关​​心更大的问题，所有问题的工作方式以及向大众讲述这些故事。这就是我们的目的。”