Neuer Roboter kann Plankton optisch und akustisch erfassen

Zooglider (oben) mit einer Auswahl von Zooplankton-Bildern, die der Roboter erfasst hat. Bild oben: Benjamin Whitmore

Ein Team von biologischen und physischen Ozeanographen und Ingenieuren hat ein gemeinsames physikalisches Ozeanographieinstrument modifiziert, um Zooplankton beim Gleiten durch das Meer abzubilden.

Der Roboter, ein einzigartiges Erfassungsinstrument mit dem Namen Zooglider von Mark Ohman, einem biologischen Ozeanographen an der Scripps Institution of Oceanography an der University of California in San Diego, verwendet als Plattform einen von Scripps entwickelten Segelflugzeug, der als Spray bekannt ist. Die Instrumentenentwickler von Ohman und Scripps haben die torpedoförmigen Spray-Gleiter mit einer Kamera (Zoocam) ausgestattet, und ein Gerät, das Zonar genannt wird, sammelt akustische Daten über Zooplankton - frei driftende mikroskopische Meerestiere - wie ein Sonarinstrument.

Zooglider kann Bilder von Zooplankton alle fünf Zentimeter bis zu einer Tiefe von 400 Metern oder mehr aufnehmen, da es Meerwasser in einen Probenentunnel an Bord leitet. Das neue Instrument stellt einen Durchbruch dar, da es Beobachtungen des mikroskopischen Lebens in seinem Lebensraum ermöglicht und Informationen über dieses Leben im räumlichen Kontext liefert. Dies verbessert die Fähigkeit der Wissenschaftler, quantitative Daten über das mikroskopische Leben in bestimmten Bereichen zu gewinnen. Dies ist ein grundlegendes Ziel von biologischen Ozeanographen, die untersuchen, wie Meeresorganismen mit der Physik und Chemie ihrer Umgebung interagieren und von dieser beeinflusst werden.

"Nahezu alle Hauptprozesse im Ozean - Kohlenstoffkreislauf, Fischereiproduktion, schädliche Algenblüten, Versauerung der Meere, Desoxygenation - hängen direkt mit den frei lebenden Tieren des offenen Meeres zusammen, dem Zooplankton", sagte Ohman. „Dies ist unser erstes Fenster in ihrer Welt durch ein völlig autonomes Fahrzeug. Wir sind begeistert von den neuen Möglichkeiten, die Zooglider bietet, um diese Organismen ungestört in ihrer natürlichen Umgebung zu visualisieren und zu verstehen. “

Die von Zooglider gesammelten Daten liefern Wissen über die Zooplanktondynamik, die indirekte Informationen über das Phytoplankton liefert, von dem sich Zooplankton ernährt, und über die Organismen, die sich von Zooplankton ernähren. Zooglider verspricht auch einen unbezahlbaren Blick darauf, wie das Meeresleben auf den Klimawandel reagiert.

Physikalische Ozeanographen und Ingenieure unter der Leitung von Russ Davis von Scripps entwickelten den Spray-Gleiter ab Ende der 1990er Jahre. Der 2 Meter lange Roboter, der von einem Mobiltelefon aus programmiert werden kann, wurde zur Erkennung und Überwachung der El Niño-Bedingungen vor Kalifornien, von Ölunfällen im Golf von Mexiko und von Strömungen im Solomon-Meer eingesetzt. Sprühgleiter sind so programmiert, dass sie entlang von Sektionen laufen, tauchen und in schwankender Weise wieder auftauchen, da ihr Auftrieb durch interne Blasen manipuliert wird. An der Oberfläche senden die Gleiter Daten an die Forscher zurück.

Ohman, Davis, Entwicklungsingenieur Jeff Sherman und andere fügten Zooglider ein optisches Sensorpaket und ein Sonarsystem hinzu. Die Autoren gaben an, dass sie sich für Spray als Plattform gegenüber anderen Arten von Schiffsinstrumenten entschieden haben, da sie den Stromverbrauch auf ein Mindestmaß von 50 Tagen oder mehr im Meer mit zusätzlichen Sensoren reduzieren können. Sein Design verursacht auch die geringste Störung der von ihm beobachteten mikroskopischen Gemeinschaften.

„Mark [Ohman] hatte eine großartige Idee, eine hoch vergrößerte Kamera mit Segelflugzeugen in den oberen Ozean zu tragen, um das Zooplankton und Jeff [Sherman] zu beobachten, und ich hatte eine tolle Zeit, die Zoocam mit langer Brennweite zu entwerfen und auf einem Spray-Segelflugzeug zu montieren mach Zooglider «, sagte Davis. "Noch erfreulicher war es zu sehen, wie neue Fakten über das Verhalten von Zooplankton aus seinen Daten abgeleitet wurden."

Der Co-Autor Jeffrey Ellen von der Jacobs School of Engineering von UC San Diego entwickelt Methoden, mit denen Zooglider-Bilddaten durch maschinelles Lernen analysiert werden können. Weitere Mitwirkende sind Kyle Grindley, Benjamin Whitmore und Catherine Nickels von Scripps.

Die Entwicklung von Zooglider wurde von der Gordon und Betty Moore Foundation unterstützt.