Trent Lukaczyk pilota el FlightWave Edge UAS cuando llega para aterrizar en el buque de investigación Paragon. Crédito:Steve Haddock / MBARI 2017
Los drones no son solo para aficionados, tienen una nueva aplicación científica:indican cambios debajo de la superficie del mar. Los investigadores del MBARI están explorando las posibilidades de utilizar vehículos aéreos no tripulados (UAV) para acompañar y mejorar la ciencia y la ingeniería oceánicas. Plataformas aéreas como UAV, o drones, como se les conoce más comúnmente, están avanzando en las aplicaciones científicas debido a la variedad de capacidades de teledetección que ofrecen. Sin embargo, debido a las difíciles condiciones ambientales:agua, viento, y olas:las ciencias marinas han tardado en adoptar esta tecnología. Afortunadamente esto está cambiando ya que ahora hay al menos dos desarrolladores de UAV que han decidido enfrentar este desafío y diseñar vehículos aéreos para aplicaciones marinas.
Uno de esos proveedores, FlightWave Aerospace Inc., fundada por el ingeniero aeronáutico y colaborador de MBARI Trent Lukaczyk, ha desarrollado un UAV que puede despegar y aterrizar verticalmente como un helicóptero y luego volar horizontalmente como un avión en un alcance de hasta 100 kilómetros. Este UAV, parte de un sistema aéreo no tripulado (UAS) que viene con cargas útiles personalizables, Puede operar con velocidades de viento de hasta 40 nudos e incluso es resistente al agua hasta una profundidad de un metro (tres pies).
Intrigado por la versatilidad propuesta de este sistema aéreo, El oceanógrafo biológico de MBARI, Francisco Chávez, tenía curiosidad por ver si sus sensores podían detectar un frente de afloramiento en la superficie del océano desde el aire. e invitó a Lukaczyk a MBARI para probar su "sistema de avión de ala fija tricóptero híbrido, "como se describe en el sitio web de FlightWave.
Los frentes de afloramiento son columnas de agua fría que traen una gran cantidad de nutrientes de las profundidades a la superficie. Esta, Sucesivamente, provoca una ráfaga de actividad biológica, desde el fitoplancton floreciente hasta la red alimentaria hasta las ballenas. Una forma en que los investigadores pueden localizar un frente de afloramiento es midiendo la temperatura / radiación infrarroja térmica emitida por la superficie del océano. Un cambio dramático en la temperatura puede indicar la presencia de un frente y la ubicación precisa se encuentra entre las áreas más frías y cálidas del agua superficial.
Esta secuencia de imágenes satelitales infrarrojas térmicas de la Bahía de Monterey muestra el desarrollo de un frente de afloramiento como lo indican las diferencias en la temperatura de la superficie del mar. La línea negra es la posición del frente ubicada entre el agua fría y caliente. Las áreas de color azul oscuro y violeta indican el agua más fría que se origina en un lugar de afloramiento frecuente al noroeste de la bahía. Esta columna de frío Actividad biológica de semillas de agua afloradas para la Bahía de Monterey. Crédito:NOAA
Los satélites pueden detectar radiación infrarroja térmica, pero en un día nublado su capacidad para hacerlo se ve obstaculizada. Un vehículo aéreo tiene la ventaja de poder volar por debajo de las nubes. Sin embargo, Los UAV aún pueden tener dificultades para registrar las temperaturas de la superficie del océano debido a la interferencia de la niebla. neblina, y vapor de agua. En la actualidad, la mejor manera de tomar la temperatura exacta del océano es directamente desde los buques de investigación.
Durante el experimento CANON 2017 de MBARI, Lukaczyk y su equipo se unieron a los investigadores de MBARI para desplegar su UAV desde el buque de investigación Paragon para volar a través de un frente de surgencia conocido. El FlightWave Edge UAS estaba equipado con dos cámaras:una cámara termográfica infrarroja para registrar la temperatura, y una cámara visual estándar para detectar cambios de color en la superficie del océano que podrían indicar floraciones de fitoplancton.
También se desplegó una flota de vehículos autónomos submarinos de largo alcance (LRAUV) durante el experimento CANON para volar bajo el agua por el frente. Después de que los LRAUV detectaran la posición del frente, El dron se desplegó para ver cómo se compararían sus datos de radiación térmica infrarroja con los datos de los LRAUV y otros vehículos de superficie.
Esta imagen satelital en color verdadero del océano frente a la costa de California Central muestra grandes remolinos verdes que indican floraciones de fitoplancton. La imagen está ligeramente oscurecida por una nubosidad nebulosa. Un sistema aéreo no tripulado podría capturar imágenes en color real mientras vuela bajo el techo de nubes. Crédito:Grupo de procesamiento de biología oceánica de la NASA
Siguiendo las regulaciones de la Administración Federal de Aviación, Se requería que el piloto con licencia a bordo del R / V Paragon mantuviera el UAV a la vista en todo momento. Esto significó que una vez que el UAV fue lanzado verticalmente y comenzó el vuelo horizontal, el Paragon tuvo que perseguirlo a través del océano a velocidades de 25-30 nudos para mantenerse al día con el avión no tripulado de vuelo rápido.
En el transcurso de una semana, el UAV voló diez transectos perpendiculares a un frente de surgencia persistente para ver si sus sensores podían detectar diferencias en el color del agua y la temperatura a ambos lados del frente. Volando de 50 a 100 metros sobre el océano, el UAV se mantuvo a salvo por encima de cualquier buque de navegación oceánica, pero aún por debajo del techo de nubes.
Los resultados del experimento CANON fueron lo suficientemente prometedores para que los investigadores del MBARI consideraran el uso de UAV en experimentos posteriores. Tener la capacidad de estudiar y recopilar datos de forma autónoma tanto por debajo como por encima de la superficie del océano mejoraría y completaría las capacidades de investigación oceanográfica de MBARI.
A bordo del buque de investigación Paragon, Trent Lukaczyk (en la parte inferior derecha) mira su UAV FlightWave Edge que regresa. Crédito:Steve Haddock / MBARI 2017
Además de FlightWave, Los investigadores de MBARI también están investigando otras empresas de desarrollo de UAV, incluido uno cuyo dron no solo está diseñado para despegar y aterrizar en un barco en movimiento en el mar, pero puede seguir ese barco en movimiento mientras cabecea y rueda en el océano en constante movimiento. Ahora que las ciencias marinas tienen la atención de las empresas de diseño de UAV, probablemente habrá más oportunidades para que los investigadores del MBARI lleven al aire sus ciencias e ingeniería oceánicas.
