探索世界上最大的生态系统 - 500米以下的海面

Nat Geo开发水下机器人相机以探索深度

抓住船的克拉克的例证。

古代的渔民一直担心海浪下面的东西。神话中的海怪常困扰早期的水手。民间传说经常讲述巨大的生物屠杀毫无防备的船只。这些早期的水手并不知道，每天晚上都有大量的海洋生物浮出水面觅食，通常就在他们船只的正下方。

这座质量是第二次世界大战声纳运营商首次发现了深度散射层（DSL）。质量如此之大，它被误认为是海底。

海洋的深度散射层混淆了专家。在白天，它可以位于海洋表面下方500多米。晚上，它几乎会升到表面。但它是什么，为什么它定期移动？在发现之后，这些问题已经困扰了科学家的几十年。

根据这一运动，科学家们知道这一层是由生物组成的。了解这些生物将大大增加基本海洋学的基础知识和海底生物的组成。然而，挑战在于如何研究那些经常在海洋最深、最黑暗的区域发现的东西。

研究散射层的早期尝试涉及由海洋学家设计的精心制作的捕鱼网。首先，他们降低了声音设备来研究混响并识别层的深度。接下来，他们试图在发现散射声音的深度处定位网。当他们牵引网中时，他们发现了一系列有机体，包括虾和灯笼。

然后，在20世纪60年代使用载人的潜水员来研究散射层，但这些工艺品只能在有限的时间内运行。所知的是，DSL由数百万海洋生物组成，例如在早期研究中捕获的生物发光灯笼。虽然个体生物很小，但长度最小的时间少于4英寸，他们的纯粹数字创造了与船舶的声纳运营商的早期混淆。

DSL每天上升和跌落，因为层内的生物在夜间游到营养丰富的表面层，然后在白天潜水到300到500米的深度，在那里的捕食者越来越少。这被称为Diel垂直迁移。

这种日常横向的深度使得研究和理解层非常困难。本层日常潜水的最深部分对于潜水员来说太深了。没有光线达到这些深度，压力对人类致死，温度悬停在0到5摄氏度之间。简而言之，早期的研究为DSL提供了基本的洞察力，但许多问题仍然依据其复杂性。

国家地理探索DSL

超过130年，国家地理协会投资科学，探索，讲故事和教育，以进一步了解地球。

勘探技术团队，一部分国家地理实验室，建立和部署突破性的系统和硬件，以加速勘探。每年《国家地理》都会收集关于海洋复杂性的新见解，包括深海散射层。不幸的是，正如早期的探险家所意识到的，研究海洋深处远不是一件简单的事。

国家地理的团队决定创建一个机器人相机来研究DSL。他们将把他们的设计基于一个名为DropCam的摄像头。Dropcam被设计为“加权和诱饵”，意味着体重在相机上捆绑在相机上，诱饵被用来吸引海洋生活。当图像捕获完成时，机器人相机掉落了重量并漂浮到表面。DROMCAM非常适合对海洋最深处的居民进行成像，但它将有限使用用于研究DSL。

要获取所需的洞察力，该团队需要设计一个摄像机，该摄像机将在与DSL中的CONCHERT上下通过水列向上移动。为实现这一点，他们需要跟踪DSL的深度，然后根据该垂直位置改变机器人的浮力。这将确保相机在DSL中执行其日常迁移时将漂移。但是，你如何远程改变机器人相机的浮力？

对于这种设计挑战，团队转向从250 B.C的发现：Archimedes的原则。在他的工作中，在浮体上，Syracuse的Archimedes表明，浸入流体中的物体通过等于物体移位的流体重量的力而浮现。因此，为了改变浮力，团队需要改变机器人相机的音量。

该团队使用了一个浮力引擎，改变了新的机器人相机的音量，称为DriftCam。这种类型的深度控制具有安静操作的额外优势，降低了害怕附近鱼的噪音。

DriftCam的机械布局（左），具有相机电气系统（右）的框图。图像信用：Berkenpas等人。专利申请中。

DriftCam.

早期的原型DriftCam陷入了控制问题，在马里兰大学的中性浮力研究设施的测试坦克中蹦影。一个可能的解释在系统中被捕获空气。

为了纠正控制系统，该团队使用理想的气体定律，基于来自浮力发动机的数据来确定气泡的电位大小。他们跑了一个matlab^®模拟并确定系统确实有气泡。在消除被困空气后，DriftCam操作正确。

DriftCam重量超过90kg（200磅），通过数字声学链路从回波器接收信号以定位DSL。机器人下降到正确的深度，使得相机可以将这些生物映像在图层中。聘用200万ISO相机，DriftCam可以在非常低的光线下拍摄图像。这是至关重要的，因为生态系统生活在阳光勉强到达的深度，而团队希望尽量减少他们对人造光的使用。最小化人造光的使用有助于确保准确观察DSL中的生物，因为人造光可能在吸引其他人时吓跑一些物种。