Använder flera autonoma fordon samtidigt, ett tvärvetenskapligt team av forskare och ingenjörer återvänder till USA efter att ha utforskat den subtropiska fronten i norra Stilla havet – en skarp gräns där kallt sötvatten från norr möter varmt saltvatten från söder. Fronterna är de mest iögonfallande oceanografiska fenomenen och målet med detta projekt var att demonstrera användningen av distribuerad autonom robotik för att upptäcka, Spår, och karakterisera dessa komplexa och dynamiska processer med hög noggrannhet över stora rumsliga och tidsmässiga skalor.

Att sammanföra antenn, yta, och undervattensrobotfordon med stöd från forskningsfartyget Falkor, lät teamet hitta, Karta, och utforska fronten. Det upptäcktes ungefär 1, 000 nautiska mil utanför södra Kaliforniens kust flera dagar före forskarpartiets ankomst med hjälp av autonoma ytfordon. Flera billiga ubåtar, yta, och flygrobotar anslöt sig till frontutforskningen från Falkor. Det resulterande distribuerade robotsystemet och intelligenta sensornätverket hjälpte forskargruppen att spåra den komplexa havsfronten dynamiskt, på ett lättare, snabbare, och ett mer kostnadseffektivt sätt som skulle vara möjligt med traditionella medel, som att bara lita på fartyg.

Satellitobservationer är ofta inte tillräckligt för att spåra ständigt föränderliga havssystem. För att lokalisera norra Stillahavsfronten i första hand, denna internationella grupp av vetenskapsmän och ingenjörer ledda av Dr. Joao Borges de Sousa, från Laboratorio de Sistemas e Tecnologia Subaquatica (LSTS) från Porto University satte in en WaveGlider och två segeldroner i målforskningsområdet före fartygets ankomst. De data som de förvärvade och överförde till Falkor via satellit gjorde det möjligt för forskarparten att optimera utbyggnadsplanerna för alla autonoma fordon, inklusive de som levererades av och sattes in från fartyget. Intelligent kontrollprogram för flera fordon, Ocean Space Center, utvecklad på LSTS och utplacerad på Falkor förfinades under hela kryssningen för att automatiskt optimera driften av alla utplacerade robotar och underlätta kontrollen av robotflottan för mänskliga operatörer. För första gången någonsin, en sektion av en större öppen havsfront kartlades med submesoskala upplösning med hjälp av en kontrollerad flotta av dussintals autonoma robotar. Denna detaljerade karta över havsfronten, dynamiskt sammansatt från de inhämtade data, gjorde det möjligt för forskare att identifiera hotspots där samordnade fartygsrobotundersökningar genomfördes med adaptiv rumslig och tidsmässig upplösning.

Drift av flera tillgångar i öppet hav kan vara svårt men, på mindre än tre veckor, undervattensrobotarna reste över 1, 000 nautiska mil under cirka 500 timmar, medan de autonoma ytfordonen fungerade kontinuerligt, och de obemannade flygfarkosterna utförde över 25 flygningar på totalt 10 timmar. Detta projekt demonstrerar ett nytt tillvägagångssätt för att distribuera observationer av komplex havsdynamik över flera undervattens, yta, och flygfordon. Istället för att ta prover från ett kärl på en enda plats, forskare kan nu övervaka ett mycket större område med hög upplösning i rum och tid på ett skalbart och kostnadseffektivt sätt med hjälp av en nätverksansluten flotta av robotfordon som stöds av ett fartygsbaserat kommandocenter.

"Jag tror att det är viktigt för mänskligheten att förstå helheten eftersom, i slutet, vi talar om det livsuppehållande systemet för jorden, ", sa João Sousa. "Haven är en viktig komponent i det livsuppehållande systemet och de är inte så enormt enorma som människor tenderar att anta. Faktiskt, om allt vatten i haven sattes i en bubbla, de flesta av oss skulle bli förvånade över att se hur imponerande liten den ser ut jämfört med jordens storlek. Och, än, vetenskapen saknar fortfarande tekniken och verktygen för att studera havens allmänna hälsa och funktion. "

För att möjliggöra en hållbar närvaro i haven, gruppen vidareutvecklade sin specifika mjukvara som heter Neptus and Ripples, programvaran bakom Open Space Center, som gjorde det möjligt för dem att se och kontrollera robotarna i realtid, få avancerad situationsmedvetenhet, fjärrvisualisering, och kontroll, allt via internet. Denna mjukvaruverktygskedja gjorde det möjligt för dem att kontrollera ensemblen av fordon på flera aldrig tidigare skådade sätt, framför allt non-stop under större delen av expeditionen med bara en operatör.

Lärdomar och resultat från denna kryssning kan tillämpas på andra frontala regioner, såväl som till andra fenomen i världshavet. Således, teknikerna som demonstreras i denna expedition kommer att hjälpa oss att förstå och övervaka hur viktiga frågor som klimatförändringar, havsförsurning, ohållbart fiske, förorening, avfall, förlust av livsmiljöer och biologisk mångfald, frakt, säkerhet, och gruvdrift påverkar den globala havshållbarheten och förvaltningen.