如何阻止冰山的移动

为了确定冰山的融化会对海洋产生何种影响,一个皮划艇大小的机器人阻止了巨大的冰块在北大西洋水域中漂流和旋转,所有这些都是它自己造成的。

或者至少这就是哈努曼·辛格在机器人算法中考虑的问题,以便绘制进入东格海岸线50英里的塞米利克峡湾冰山的三维清晰地图。

科学家们知道,格陵兰冰原上的冰山正在迅速融化,以应对气候变化,但具体的融化速度仍不清楚。 美国东北地区的电气和计算机工程教授辛格(Singh)说,问题在于如何测量不断运动的大块冰块。

他说:“这是很难理解的。 “冰山移动,而且它们移动得很快,每天大约10公里。”

为了获得融化速度的具体概念,需要对冰山形状和表面的精确测量进行比较。 但是在不断运动中映射物体是机器人的致命弱点。

从事自主无人驾驶飞机工作的工程师经常面临这一挑战,因为机器人需要扫描和绘制环境地图,以有效和自主地移动。 辛格说,所有这些通常都是假设事物不会移动。

他说:“很多时候,会发生的事情就是你可以拥有一个机器人,它会给一座建筑绘制出漂亮的地图。” “但是当你让人移动时,机器人就会完全迷失,因为它在环境中使用静态特性。”

在水里没什么不同。 机器人对运动目标的测量可以很容易地扭曲和难以纠正。

辛格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克服这一挑战,计算机器人在冰山周围导航并绘制地图时,冰山的运动。 换句话说,他冻结了运动-用一堆数学,真的。

在最近的一篇论文中,辛格和一个研究小组描述了他们用来纠正在塞尔米里克峡湾漂浮的十几个冰山移动的技术和算法。

该算法的冰山三维重建显示了高分辨率的冰的几何和浮雕细节,这有时是不可能捕捉到的,即使原始图像被海洋无人机折断。 辛格说,与现实生活中的冰相比,这些模型的精度非常接近。

他说:“几厘米之内,大概10厘米。”

对于那些试图确定地球冰层消失的速度以及这种变化将如何影响地球其他部分的科学家来说,这是一个早就该有的细节。

随着冰山融化,成吨的淡水正被引入海洋。 从长远来看,这种不断变化的海洋动态会破坏水在全球流动和循环的方式,向寒冷和温带生态系统输送必需的热量和养分。

辛格说:“我们的角色是地图绘制,但其他合著者对数据很感兴趣。” “他们都是海洋物理学家,他们会用它来模拟淡水的变化、冰山的融化以及气候变化对淡水的影响。”

简单地说,辛格的机器人系统只是一个相机和声纳传感器安装在一个商业上可用的,气体动力的皮艇上。 辛格说,这与传统截然不同,因为海洋机器人往往很贵。

机器人用它的相机拍摄露出水面的冰山部分的原始图像。 然后,机器人利用这些图片在冰山周围进行战略导航,并帮助声纳传感器对淹没的冰进行高质量的测量,这些冰占冰结构的90%以上。

辛格说:“我们得到了冰山顶部的三维形状,然后我们就可以用它作为导航来纠正底部的东西。” “这些数据有很大的重叠,它也给我们导航,这使我们能够纠正另一个传感器。”

在像格陵兰岛这样的地方,照明使得很难在明亮的背景下捕捉到大的、闪亮的、主要是白色的冰的图像。 这也是一个很难捕捉的环境,当它是多云和黑暗:相机很难区分冰山的颜色和灰色混合的天空。 在视野里还有其他的东西。

辛格说:“你现在处在峡湾,所以你在水中拥有所有这些网站和这些碎片,我们想完全忽略它们。”

更别提靠近冰山有多危险了。

几十年来,研究人员一直在努力与冰山亲密接触。 这些冰的形成可能比一个大型停车库大几倍,并且在水面上方和水下有突出的冰,如果冰山倾覆或断裂,可能是危险的。

辛格说,这就是使用聪明但相对便宜的无人机的全部意义。 机器人是可以牺牲的,他们有时可以冒险,人们不能。

他说:“你不想让一个人站在小船上,在旁边做测量。” “如果你在附近的任何地方,这东西就会翻过来,它会带你去。”

辛格说,了解气候变化是他的机器人能做的最好的事情之一。 这包括研究珊瑚礁和水下考古遗址等环境的活动清单。 接下来,可能是彗星和小行星在广阔的外层空间中移动。

“我们不是工程师只是为了工程,”辛格说。 “我们也非常关心更大的画面问题,这些问题是如何运作的,并向公众讲述这些故事。 这就是我们的目的。“

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