探索世界上最大的生态系统——海面以下500米

Nat地理发展水下机器人相机去探索深

推特

挪威海怪的插图,把握。

古代渔民长期担心海洋波浪的背后又隐藏着什么秘密。海洋神话怪物闹鬼的早期的海员。民间传说经常告诉巨大的生物,屠杀毫无戒心的船只。这些早期的海员不知道大量海洋生物是升向表面每晚要供养,经常在他们的船只。

这个质量,深层散射层(DSL),首次发现了第二次世界大战声纳操作员。质量是如此之大,它被误认为是大海的底部。

海洋的深处散射层蒙羞的专家。白天它可以位于海面以下500米以上。在晚上,它几乎将上升到表面。但它是什么,以及为什么它定期移动吗?这些问题使科学家们感到困惑后的几十年里发现。

基于运动,科学家知道层是由生物体组成的。理解这些生物会大大地增加的基本知识基本的海洋和生命的化妆在大海。然而,挑战是如何研究的东西,经常发现在最深的,黑暗的海洋区域。

早期的尝试在研究散射层涉及精心设计的渔网海洋学家。首先,他们降低了音响设备研究影响和识别层的深度。接下来,他们试图位置深度的散射网的声音被发现。当他们拖的网时,他们发现一个数组的生物体,包括虾和灯笼鱼。

然后,载人潜水器被使用在1960年代研究散射层,但这些工艺只能在有限的时间进行操作。学的是DSL是由成千上万的海洋生物,如发光灯鱼的早期研究。虽然个体生物很小,大部分小于4英寸长,人数创造了早期的困惑与船的声纳运营商。

DSL每天起落,游到营养丰富的生物层表层晚上要供养,在白天,然后潜到300到500米的地方,那里有更少的捕食者。这就是所谓的一昼夜的垂直迁移。

这种日常的遍历深度使得研究和了解层极其困难的。层的最深处的日常潜水员潜水太深。没有光线到达这些深处,压力是致命的人类,和温度徘徊在0到5摄氏度。简而言之,早期的研究提供基本的洞察DSL,但是许多问题仍然对其复杂性。

国家地理探索DSL

130多年来,国家地理学会投资在科学、探索、讲故事和教育,进一步了解地球。

勘探技术团队的一部分国家地理实验室,构建和部署系统和硬件加速勘探突破。每年国家地理杂志收集新的见解的复杂性海洋,包括深层散射层。不幸的是,正如早期的探险家们意识到,调查海洋深处远非如此简单。

国家地理研究团队决定创建一个机器人相机研究DSL。他们将他们的设计基于现有相机Dropcam。Dropcam设计“加权和饵”,这意味着重量是系上相机,诱饵是用来吸引海洋生物。图像捕获时完成,机器人相机把重量和浮上了水面。成像的Dropcam很棒的居民最深的海洋的一部分,但它将研究的有限使用DSL。

收购所需的洞察力,团队需要设计一个相机,上下移动通过DSL的水柱在音乐会。为了实现这一点,他们需要跟踪DSL的深度,然后改变机器人的浮力取决于这个垂直的位置。这将确保相机漂移在DSL执行其日常迁移。但是如何改变机器人的浮力远程相机?

对于这个设计挑战,团队转向从公元前250年发现:阿基米德原理。在他的作品中,在浮体,叙拉古的阿基米德建议物体浸没在流体而被催力等于物体排开的液体的重量。因此,为了改变浮力,团队需要机器人相机的体积变化。

该团队使用一个浮力引擎,新的机器人相机的体积变化,称为Driftcam。这种类型的深度控制安静操作的优势,减少了噪声会吓跑附近的鱼。

Driftcam的机械布局(左),相机的电气系统的框图(右)。图片来源:Berkenpas, et al .专利申请中。

的Driftcam

早期原型Driftcam挣扎与控制问题,摆动在马里兰大学测试柜的中性浮力研究设施。一个可能的解释系统中空气被困。

正确的控制系统,该团队使用理想气体定律来确定潜在泡沫的大小根据浮力的数据引擎。他们进行了MATLAB^®仿真和确定系统有一个气泡。消除空气被困后,Driftcam正确操作。

Driftcam重量超过90公斤(200磅)和接收信号的回声探测器通过数字声链接来定位DSL。机器人是正确的深度,以便摄像机图像的生物层。采用ISO 200万相机,Driftcam可以以非常低的光图像。这是至关重要的,因为生态系统生活在一个阳光几乎达到的深度,和团队想要减少使用人造光。减少人工光源的使用有助于确保一个准确观察生物的DSL,因为人造光可能吓跑一些物种而吸引别人。