Södra oceanen är nyckeln till jordens klimat, men samma vindbyar, stora vågor och starka strömmar som är viktiga för havsfysiken gör det farligt för oceanografer.

Istället ges deras jobb alltmer till havsdrönare, de autonoma flytande fordonen som samlar in data från världshaven. Med ett akut behov av att bättre förstå klimatet för att förutsäga hur det kommer att förändras med mer värmefångande gaser, forskare utvecklar nya verktyg för att mäta vatten under där satelliter kan penetrera, och på platser som är för farliga eller dyra för att regelbundet nås med forskningsfartyg. De skickar också dessa instrument på allt mer ambitiösa uppdrag.

Många av dessa nya verktyg ser ut som robotfiskar, men University of Washington skickade en robotsurfbräda för att rida på vågorna och samla in data från Antarktis till Sydamerika. Vågglidaren, en långvarig havsrobot designad för att fungera under stormiga förhållanden och höga breddgrader, kan stanna till sjöss i månader och patrullera för illegalt fiske, lyssna efter seismiska händelser, samla in väder- eller havdata och övervaka miljön. Förra december, UW-forskare skickade ut det på ett första försök någonsin att korsa det fruktansvärt turbulenta vattnet i Drake Passage.

Strömmarna som cirkulerar Antarktis och som utgör en utmaning för sjöfarare blandar också betydande värmeenergi från alla världshaven. Det mesta av den blandningen sker i de översta några hundra fot, där vindar och vågor i princip sätter ytskiktet på en snurrcykel.

"Södra oceanen, och Drake Passage i synnerhet, är nyckelplatser som historiskt sett är undersamplade, " sa första författaren Jim Thomson, en oceanograf vid UW:s Applied Physics Laboratory. "Genom att använda en autonom plattform kunde vi ha uthållighet i regionen, samt spåra eller rikta in sig på fronterna och gradienterna som gör platsen så intressant."

Den senaste tidningen i Oceanografi berättar pilotens användning av Wave Glider för att korsa Drake Passage, en ungefär 500 mil lång kanal utanför Sydamerikas spets.

UW oceanograferna använde en kommersiell Wave Glider tillverkad av Liquid Robotics, ett Kalifornien-baserat dotterbolag till Boeing Co., att surfa längs vattenytan och samla observationer. Forskarna lade till extra sensorer för temperatur, salthalt, lufttryck, fukt och vind till den kommersiella modellen.

Efter en testkörning sommaren 2016 utanför Washingtons kust, instrumentet sattes ut utanför den antarktiska halvön i december. Den tillbringade ungefär tre månader med att sicksacka sig över den mytomspunna Drake Passage, medan forskarna ibland styrde instrumentet på distans från land.

Som studiens författare skrev, det är här den starka antarktiska strömmen blir "en röra av virvlande virvlar" och slingrar sig runt dess centrala väg. "Sick-zag-mönstret i mitten av Drake Passage designades för att övervaka de starka fronterna och slingrarna av den antarktiska cirkumpolära strömmen som är gemensamma för den regionen, " skrev Thomson och medförfattaren James Girton, även med UW:s laboratorium för tillämpad fysik.

En Wave Glider utnyttjar energi från vågorna, använda formen av vattenrörelsen under ytan för att driva fordonet framåt med minimal kraft. Med vågenergi för rörelse och solpaneler som laddar batterier för att driva sina sensorer, brädet kan fungera i månader utan underhåll. Ändå, sensommarsolen så långt söderut gav inte tillräckligt med energi för att ladda batterierna sent in på expeditionen, och ett forskningsfartyg hämtade instrumentet och dess data nära Argentina i slutet av mars. Även om styrelsen inte nådde Sydamerika, det verkliga målet var den data som samlades in.

"Uppdraget som just avslutats skulle ha kostat många miljoner dollar att slutföra med ett fartyg, ", sa Thomson. "Ett autonomt tillvägagångssätt gjorde det möjligt för oss att samla in data som aldrig – och aldrig skulle ha – samlats in i denna avlägsna region."

Författarna bearbetar fortfarande de observationer som samlats in under resan, som finansierades av National Science Foundation, att förstå blandning på olika rumsliga skalor. De hoppas att framtida finansiering kommer att ge en ny chans att samla in mer data och överföra detta program till regelbunden årlig övervakning av Drake Passage.

"Det handlar inte bara om att ha gjort det här framgångsrikt en gång, det handlar om att lära sig hur man gör denna rutin. Det gör vi, och vi ändrar spelet om datainsamling i denna viktiga region." sa Thomson.