Los robots submarinos desarrollados por investigadores del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego ofrecen a los científicos una nueva herramienta extraordinaria para estudiar las corrientes oceánicas y las diminutas criaturas que transportan. Los enjambres de estos robots submarinos ayudaron a responder algunas preguntas básicas sobre las formas de vida más abundantes en el océano:el plancton.

El oceanógrafo de investigación de Scripps, Jules Jaffe, diseñó y construyó los exploradores submarinos autónomos en miniatura, o M-AUE, estudiar los procesos ambientales a pequeña escala que tienen lugar en el océano. Los instrumentos de sondeo oceánico están equipados con sensores de temperatura y otros para medir las condiciones del océano circundante mientras los robots "nadan" hacia arriba y hacia abajo para mantener una profundidad constante ajustando su flotabilidad. Los M-AUE podrían desplegarse potencialmente en enjambres de cientos o miles para capturar una vista tridimensional de las interacciones entre las corrientes oceánicas y la vida marina.

En un nuevo estudio publicado en la edición del 24 de enero de la revista Comunicaciones de la naturaleza , El oceanógrafo biológico de Jaffe y Scripps, Peter Franks, desplegó un enjambre de 16 robots submarinos del tamaño de una toronja programados para imitar el comportamiento de nado submarino del plancton. los organismos microscópicos que se mueven a la deriva con las corrientes oceánicas. El estudio de investigación fue diseñado para probar teorías sobre cómo el plancton forma parches densos debajo de la superficie del océano. que a menudo se revelan más tarde en la superficie como mareas rojas.

"Estos parches pueden funcionar como barras planctónicas para solteros, "dijo Franks, quien ha sospechado durante mucho tiempo que las densas agregaciones podrían ayudar a alimentarse, reproducción, y protección contra los depredadores.

Hace dos décadas, Franks publicó una teoría matemática que predecía que el plancton nadador formaría parches densos cuando lo empujaran las ondas internas:gigantes, ondas de movimiento lento debajo de la superficie del océano. Poner a prueba su teoría requeriría rastrear los movimientos del plancton individual, cada uno más pequeño que un grano de arroz, mientras nadaban en el océano. lo cual no es posible usando la tecnología disponible.

En cambio, Jaffe inventó el "plancton robótico" que se desplaza con las corrientes oceánicas, pero están programados para moverse hacia arriba y hacia abajo ajustando su flotabilidad, imitando los movimientos del plancton. Un enjambre de estos plancton robóticos fue la herramienta ideal para finalmente poner a prueba la teoría matemática de Franks.

"Los grandes avances de la ingeniería fueron hacer que las M-AUE fueran pequeñas, barato, y capaz de ser rastreado continuamente bajo el agua, "dijo Jaffe. El bajo costo permitió a Jaffe y su equipo construir un pequeño ejército de robots que podrían desplegarse en un enjambre.

El seguimiento de las M-AUE individuales fue un desafío, ya que el GPS no funciona bajo el agua. Un componente clave del proyecto fue el desarrollo por parte de investigadores del Instituto Qualcomm y el Departamento de Ciencias de la Computación e Ingeniería de UC San Diego de técnicas matemáticas para usar señales acústicas para rastrear los vehículos M-AUE mientras estaban sumergidos.

Durante un experimento de cinco horas, Los investigadores de Scripps junto con colegas de UC San Diego desplegaron un enjambre de 300 metros (984 pies) de diámetro de 16 M-AUE programados para permanecer a 10 metros (33 pies) de profundidad en el océano frente a la costa de Torrey Pines. cerca de La Jolla, Calif. Los M-AUE ajustaron constantemente su flotabilidad para moverse verticalmente contra las corrientes creadas por las olas internas. La información de ubicación tridimensional recopilada cada 12 segundos reveló dónde se movía este enjambre robótico debajo de la superficie del océano.

Los resultados del estudio fueron casi idénticos a lo que predijo Franks. Las temperaturas del océano circundante fluctuaron a medida que las ondas internas pasaban a través del enjambre M-AUE. Y, como predijo Franks, Los datos de ubicación de M-AUE mostraron que el enjambre formó un parche muy compacto en las cálidas aguas de los valles internos de las olas. pero disperso sobre las crestas de las olas.

"Esta es la primera vez que se prueba un mecanismo de este tipo bajo el agua, ", dijo Franks. El experimento ayudó a los investigadores a confirmar que el plancton flotante puede usar la dinámica física del océano, en este caso las ondas internas, para aumentar sus concentraciones y congregarse en enjambres para satisfacer sus necesidades vitales fundamentales.

"Este enfoque de detección de enjambres abre un ámbito completamente nuevo de exploración del océano, ", dijo Jaffe. El aumento de las M-AUE con cámaras permitiría el mapeo fotográfico de los hábitats de los corales, o "selfies de plancton, "según Jaffe.

El equipo de investigación tiene la esperanza de construir cientos más de robots en miniatura para estudiar el movimiento de larvas entre áreas marinas protegidas. monitorear las floraciones dañinas de la marea roja, y para ayudar a rastrear derrames de petróleo. Los hidrófonos a bordo que ayudan a rastrear los M-AUE bajo el agua también podrían permitir que el enjambre actúe como una "oreja" gigante en el océano. escuchar y localizar sonidos ambientales en el océano.

Jaffe, Francos y sus colegas recibieron casi $ 1 millón de la National Science Foundation en 2009 para desarrollar y probar la nueva generación de instrumentos de sondeo oceánico. Los coautores del estudio incluyen:Paul Roberts, ingeniero de desarrollo principal en Scripps, Ryan Kastner, profesor del Departamento de Ingeniería y Ciencias de la Computación; Diba Mirza, investigador postdoctoral en informática; y Curt Schurgers, ingeniero de desarrollo principal en el Qualcomm Institute, y el estudiante interno de Scripps, Adrien Boch.