Mjölkgårdar producerar stora mängder av två saker:mjölk och bajs. Mjölk letar sig in i delikatesser som varm kakao och grillade ostmackor men bajset bara hopar sig.

Mjölkbönder bulldocerar röran till konstgjorda dammar som kallas gödsellaguner, där anaeroba mikrober bryter ner den till metan, en kraftfull växthusgas. Metan fångar upp 80 % mer värme i atmosfären än koldioxid, vilket bidrar till ungefär en fjärdedel av klimatförändringarna hittills. Kos mag-tarmkanalen producerar också metan och släpper ut det när kon rapar.

Cirka 50 % av metanet som Kalifornien släpper ut kommer från mjölkgårdar. För att klara strikta klimatmål har staten föreslagit sätt att reglera utsläppen av mejerimetan. Men dessa ansträngningar stöter på ett stort problem:det finns för närvarande inte ett tillförlitligt sätt för mjölkbönder att mäta mängden metan som produceras på deras gård.

Mängden metan som produceras beror på antalet kor, deras diet, vädret och hur blött gödseln lagras. Uppskattningar av hur mycket metan en gård producerar är därför osäkra. Mätningar gjorda med satellit eller flygplan ger de mest exakta uppskattningarna, men dessa verktyg är dyra och fungerar inte alltid på nivån för enskilda gårdar.

UC Riverside postdoktor Javier Gonzalez-Rocha vill ändra på det. Han arbetar tillsammans med professor i maskinteknik Akula Venkatram och professor i miljövetenskap Francesca Hopkins för att utveckla flygrobotsystem som kan kvantifiera metanutsläpp direkt över en specifik mejerianläggning.

För att uppnå detta mål har Gonzalez-Rocha utvecklat en ny metod för att extrahera vindhastighetsuppskattningar från störningar till drönarrörelser orsakade av vind. Denna algoritm har anpassats till ett drönarbaserat "air core"-system utvecklat av miljöteknikprofessor Don Collins och doktorand Zihan Zhu.

En luftkärna liknar en iskärna, en ispropp som dras från en glaciär som kan avslöja förändringar i atmosfärens sammansättning över tid. Genom att kombinera vindhastighet och luftkärnans mätningskapacitet kan drönare hjälpa till att detektera, lokalisera och uppskatta metanemissioner på fina rumsliga skalor som annars är svåra att lösa med hjälp av standardmetoder för mätning av vind och luftsammansättning. Drönarnas förmåga att sväva och manövrera i begränsade miljöer, där det är svårt för konventionella flygplan med fasta vingar att operera, ger också nya möjligheter att få riktade observationer av växthusgaser i den lägre atmosfären.

Arbetet som leds av Gonzalez-Rocha och Zhu kommer snart att ge nya rön som tar upp tillförlitligheten hos drönarbaserade atmosfäriska mätningar i jämförelse med konventionella vind- och luftsammansättningssensorer.

Gonzalez-Rocha testar drönarna på UCR:s jordbruksanläggning och på mjölkgårdar i Kalifornien, där han använder dem för att mäta metankoncentrationer på olika avstånd i vinden från utsläppskällor. Att förstå hur metankoncentrationerna varierar på olika platser i medvind är avgörande för att kvantifiera utsläppskällor.

Även om teknikerna som utvecklats av Gonzalez-Rocha och Zhu är i sin linda, finns det fortfarande en stor potential för att förbättra noggrannheten i drönarbaserade mätningar. Pågående arbete är att utforska ett luftkärnsystem med flera inlopp för att ta prov på luftsammansättningen på flera höjder samtidigt som drönaren rör sig över en metanplym. Forskarna tror att de är på en kurs för bönder att använda denna teknik inom de närmaste 5 till 10 åren.