Om te bepalen hoe smeltende ijsbergen de oceaan kunnen beïnvloeden, een robot ter grootte van een kajak stopte de enorme brokken ijs die in de wateren van de Noord-Atlantische Oceaan dreven en ronddraaiden - helemaal vanzelf.

Of dat is tenminste wat Hanumant Singh in de algoritmen van de robot heeft verwerkt om scherpe 3D-kaarten van ijsbergen in Sermilik Fjord te maken, een inham van 50 mijl in de kustlijn van Oost-Groenland.

Wetenschappers weten dat ijsbergen die van de Groenlandse ijskap breken, snel smelten als reactie op klimaatverandering. maar de details van hoe snel ze smelten zijn nog steeds onduidelijk. Singh, een professor in elektrische en computertechniek aan Northeastern, zegt dat het probleem is om uit te zoeken hoe je grote stukken ijs kunt meten die constant in beweging zijn.

"Dat is heel slecht begrepen, "zegt hij. "De ijsbergen bewegen, en ze gaan snel, zo'n 10 kilometer per dag."

Om een ​​concreet idee te krijgen van de smeltsnelheid, nauwkeurige metingen van de vorm en het oppervlak van een ijsberg moeten in de loop van de tijd worden vergeleken. Maar het in kaart brengen van een object dat constant in beweging is, is de achilleshiel van een robot.

Ingenieurs die aan autonome drones werken, lopen vaak tegen deze uitdaging aan, omdat robots hun omgeving moeten scannen en in kaart moeten brengen om effectief en autonoom te kunnen bewegen. Dat alles wordt meestal berekend met de veronderstelling dat dingen niet zullen bewegen, zegt Singh.

"Vaak zal er gebeuren dat je een robot kunt hebben, en het zal een gebouw prachtig in kaart brengen, "zegt hij. "Maar dan heb je mensen in beweging, en de robot raakt volledig de weg kwijt omdat hij statische functies in de omgeving gebruikt."

In het water is het niet anders. De metingen van een bewegend doel door een robot kunnen gemakkelijk worden vervormd en moeilijk te corrigeren.

Singh, die drone-systemen ontwerpt voor afgelegen en onderwateromgevingen, heeft zich tot doel gesteld om die uitdaging te omzeilen met berekeningen die rekening houden met de beweging van een ijsberg terwijl de robot eromheen navigeert en deze in kaart brengt. Met andere woorden, hij bevriest beweging - met een hoop wiskunde, Echt.

In een recente krant, Singh en een team van onderzoekers beschrijven de technologie en algoritmen die ze gebruikten om de beweging van een dozijn ijsbergen die in Sermilik Fjord drijven te corrigeren.

De 3D-reconstructies van ijsbergen door het algoritme tonen details in hoge resolutie van de geometrie en het reliëf van het ijs, die soms onmogelijk vast te leggen is, zelfs niet met onbewerkte beelden die zijn gemaakt door een oceaandrone. Vergeleken met het echte ijs, de nauwkeurigheid van die modellen is opmerkelijk dichtbij, zegt Singh.

"Binnen een paar centimeter, misschien 10, " hij zegt.

Dat is een detailniveau dat veel te laat was voor wetenschappers die proberen te bepalen hoe snel het ijs op aarde verdwijnt, en hoe die verandering de rest van de planeet zal beïnvloeden.

Terwijl ijsbergen smelten, tonnen zoet water worden de zee in geleid. Op lange termijn, zulke veranderende oceaandynamiek kan de manier waarop water stroomt en circuleert over de wereld verstoren, het transporteren van essentiële warmte en voedingsstoffen naar zowel ijskoude als gematigde ecosystemen.

"Onze rol was het in kaart brengen, maar andere co-auteurs zijn geïnteresseerd in de gegevens, "zegt Singh. "Het zijn allemaal fysieke oceanografen, en zal het gebruiken om daadwerkelijk modellen te maken van wat er met het zoete water gebeurt, hoe deze ijsbergen smelten, en hoe dat wordt beïnvloed door klimaatverandering."

Simpel gezegd, Singh's robotsysteem is slechts een camera en een sonarsensor gemonteerd op een in de handel verkrijgbaar, kajak op gas. Dat is een breuk met de traditie, Singh zegt, omdat oceaanrobots vaak duur zijn.

Met zijn camera, de robot maakt onbewerkte foto's van het deel van de ijsbergen dat boven het water is blootgesteld. De robot gebruikt die foto's vervolgens om strategisch rond de ijsberg te navigeren en de sonarsensor te helpen hoogwaardige metingen van het ondergedompelde ijs te doen. die goed is voor meer dan 90 procent van de ijsstructuur.

"We krijgen een driedimensionale vorm van de hele ijsberg op de top, en dan kunnen we dat gebruiken als navigatie om dingen aan de onderkant te corrigeren, Singh zegt. "Die gegevens hebben een brede overlap, en het geeft ons ook navigatie, waarmee we de andere sensor kunnen corrigeren."

Op plaatsen zoals Groenland, verlichting maakt het moeilijk om opnamen te maken van grote, glimmend, en meestal wit ijs tegen een heldere achtergrond. Dat is ook een moeilijke omgeving om vast te leggen als het bewolkt en donker is:camera's hebben moeite om onderscheid te maken tussen de kleuren van een ijsberg en de grijze melanges van de lucht. En dan is er nog al het andere in het gezichtsveld.

"Je bent in een fjord, dus je hebt al deze sites en deze stukken in het water die we volledig willen negeren, ' zegt Singh.

Not to mention how dangerous it is to be near an iceberg.

Al decenia, researchers have struggled to get up close and personal with icebergs. These ice formations can be several times bigger than a large parking garage, and have protruding ice above and under the water that can be dangerous if the iceberg capsizes or breaks.

That's the whole point of using clever, but relatively cheap drones, Singh says. Robots are expendable, and they can sometimes take risks that people can't.

"You don't want a human being standing right next to this thing on a small boat, taking measurements, " he says. "If you're anywhere near there, and this thing overturns, it's going to take you with it."

Singh says that understanding climate change is one the best things his robots can do. That includes a list of campaigns that have studied environments such as coral reefs and archaeological sites underwater. Volgende, it could be comets and asteroids moving in the expanse of outer space.

"We're not engineers for just engineering's sake, " Singh says. "We also really care about bigger-picture issues, how all that works, and telling those stories to the general public. That's what we're about."