Selvkørende robotter indsamler vandprøver for at skabe øjebliksbilleder af havmikrober

For første gang, forskere fra University of Hawai'i i Mānoa (UH Mānoa) og Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) vil indsætte en lille flåde af langtrækkende autonome undervandsfartøjer (LRAUV'er), der har evnen til at indsamle og arkivere havvandsprøver automatisk . Disse nye robotter vil give forskere mulighed for at spore og studere havmikrober i hidtil usete detaljer.

Oceanmikrober producerer mindst halvtreds procent af ilten i vores atmosfære, mens de fjerner store mængder kuldioxid. De danner også grundlaget for marine fødevæv, herunder dem, der støtter globalt havfiskeri. Edward DeLong og David Karl, professorer i oceanografi ved UH Mānoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST) har studeret disse mikrober i årtier. Til dette projekt, de og deres teams samarbejder med ingeniører fra MBARI for at teste nye måder til adaptiv prøvetagning af oceanografiske funktioner såsom hvirvler i åbent hav, hvirvlende vandmasser, der langsomt bevæger sig hen over Stillehavet, som kan have store effekter på havets mikrober.

I slutningen af ​​februar 2018, MBARI-ingeniører afsluttede konstruktionen og testningen af ​​tre nye LRAUV'er i samarbejde med UH Mānoa-forskere, og leverede dem i sidste uge til deres første udsendelse i hawaiianske farvande. Når LRAUV'erne bevæger sig gennem havet, de indsamler oplysninger om vandtemperatur, kemi, og klorofyl (en indikator for mikroskopiske alger) og sende disse data til forskere på land eller på et nærliggende skib. Derudover et unikt aspekt ved disse AUV'er er en integreret Environmental Sample Processor (ESP), et miniaturerobotlaboratorium, der indsamler og konserverer havvandsprøver på havet, giver forskere mulighed for at fange et øjebliksbillede af organismernes genetiske materiale og proteiner.

MBARI har udviklet ESP'er i omkring 15 år. De første instrumenter var omtrent på størrelse med en 55-gallon tromle. Disse seneste ESP'er, tredje generation, er otte til ti tommer i diameter - en tiendedel af den oprindelige størrelse - og blev designet specielt til at passe inde i en LRAUV.

Jim Birch, MBARIs ledende ingeniør på ESP-projektet kommenterede, "Da vi først talte om at sætte en ESP i en AUV, Jeg tænkte ved mig selv 'det her kommer aldrig til at ske'. Men nu tror jeg virkelig, at dette vil transformere oceanografien ved at give os en vedvarende tilstedeværelse i havet – en tilstedeværelse, der ikke kræver en båd, kan fungere i alle vejrforhold, og kan forblive inden for den samme vandmasse, når den driver rundt i det åbne hav."

Med sin opmålingsevne, LRAUV giver forskere mulighed for at opdage, spore, og prøve hvirvelstrømme fra det åbne hav, som kan være over 100 kilometer (62 miles) på tværs og holde i flere måneder. Når disse hvirvler drejer mod uret, bringer de vand fra dybet op mod overfladen. Dette vand bærer ofte næringsstoffer, som mikroskopiske alger (fytoplankton) har brug for for at overleve.

"De nye LRAUV'er kan passere over 600 miles, og bruge deres egne 'øjne og ører' til at opdage vigtige oceanografiske begivenheder som fytoplanktonopblomstringer, "DeLong forklarede. "Disse nye undervandsdroner vil i høj grad udvide vores rækkevidde til at studere fjerntliggende områder, og vil også give os mulighed for at prøve og studere oceanografiske begivenheder og funktioner, vi kan se ved hjælp af fjernsatellitbilleder, selv når skibe ikke er tilgængelige."

Et ekspeditionskrydstogt ombord på Schmidt Ocean Institutes (SOI) forskningsfartøj Falkor afgår den 10. marts til forsøg på åbent hav af MBARIs nydesignede LRAUV'er. Under dette krydstogt, forskerne vil lokalisere en hvirvel ved hjælp af satellitdata og derefter installere LRAUV'erne for at undersøge funktionen og indsamle vandprøver. Når robotterne vender tilbage til overfladen og genoprettes, UH Manoa-forskere vil udvinde DNA fra filtrene. Denne information vil give en unik indsigt i hvirvelens varighed, stabilitet, og indflydelse på havsystemerne; og vil forbedre nuværende havmodeller, som er afgørende for at udvikle forventninger til fremtidens haves sundhed.

"Selvom denne flåde af AUV'er aldrig vil erstatte vores behov for et dygtigt forskningsfartøj, det vil give tiltrængt adgang til havet og indsamling af nye datasæt, som ellers ikke ville være mulig, sagde Karl.