Gebundeld in sneeuwuitrusting en zwaaiend met een kettingzaag, een team van ingenieurs hakte een rechthoekig blok uit het vaste ijs onder de voeten, een ingang maken voor hun onderwaterrobot. Ze ploften het torpedovormige voertuig neer, genaamd Polaris, in het donkere gat dat uit het oppervlak van Bog Lake is gekerfd, Maine, en hij gleed soepel in het water. De veldproef - een samenwerking tussen MBARI en het Woods Hole Oceanographic Institute (WHOI) - was de eerste keer dat een MBARI langeafstandsautonoom onderwatervoertuig (LRAUV) ooit onder een ijskap had gereisd. Maar het zal niet de laatste zijn - Polaris of soortgelijke robots kunnen uiteindelijk worden gebruikt om olielozingen en algenbloei in het met ijs bedekte Noordpoolgebied op te sporen.

Autonome onderwatervoertuigen (AUV's) kunnen een verscheidenheid aan instrumenten vervoeren, inclusief degene die de watertemperatuur meten, watermonsters verzamelen, of geluid opnemen onder water. Wetenschappers en ingenieurs zetten deze robots over het algemeen naast de zijkant van een schip in. Het voertuig navigeert vervolgens zelfstandig door de omringende wateren, en voltooit zijn missie binnen een dag of twee.

Polaris, echter, is een van MBARI's langeafstands-AUV's (LRAUV's), ontworpen om wekenlang in het water te blijven. Hoewel andere onderwaterrobots langere tijd op zee kunnen blijven, de LRAUV bevat alle essentiële sensoren voor monitoringstudies op lange termijn en is veel kosteneffectiever dan het gebruik van een onderzoeksschip en bemanning om dezelfde gegevens te verzamelen.

"De langeafstandsmogelijkheden voor AUV's zijn nog relatief nieuw, "Zei MBARI Senior Software Engineer Brian Kieft. "Al onze LRAUV's zijn ontworpen om uiteindelijk te kunnen werken met een bovenliggend plafond, zoals een ijskap, maar dit project is uniek omdat, na bijna 25, 000 uur op zee, het is de allereerste keer dat een LRAUV daadwerkelijk onder het ijs is geweest."

De meeste AUV's komen periodiek aan de oppervlakte, GPS gebruiken om erachter te komen waar ze zijn. Maar opduiken is geen optie als je onder een ijskap werkt; in plaats daarvan, Polaris manoeuvreert door het water met zijn snelheid, rubriek, nabijheid van een akoestisch baken, en sonar om zijn positie voortdurend te schatten.

Terwijl Polaris onder het ijs reist, wetenschappers kunnen de robot in de gaten houden en kleine hoeveelheden gegevens downloaden met behulp van een akoestische onderwatertransducer die in een gat in het ijs is neergelaten. De LRAUV kan dergelijke akoestische bakens tot op vijf kilometer afstand detecteren en lokaliseren. Onderzoekers kunnen het LRAUV-bereik uitbreiden door extra gaten in het ijs te boren en er transducers in te plaatsen. "Dat geeft je vijf kilometer bereik rond elke hole waar je nog steeds gegevens terug kunt krijgen en kunt bepalen wat er gebeurt, ’ legt Kieft uit.

Aan het einde van zijn missie, Polaris moet een touw vinden en aanleggen dat door het ijs hangt - het dockingstation. De LRAUV onder het ijs is uitgerust met een speciale aanlegneus die wordt omlijst door twee metalen "snorharen" die hem helpen vast te houden aan deze dunne verticale lijn. Door in te zoomen op een akoestisch baken, de robot kan terugkeren naar het dock als er problemen zijn tijdens de implementatie. "Dat is home sweet home, "zei Brett Hobson, senior werktuigbouwkundig ingenieur. "Het dok is de enige plaats waar het kan stoppen, de enige plek waar het veilig is."

Voordat we gaan waar geen enkele andere LRAUV ooit is geweest, Polaris is getest voor de kust van het zonnige Californië. Twee zomers geleden, Wetenschappers en ingenieurs van MBARI verspreidden een pluim van fluorescerende groene biologisch afbreekbare kleurstof in de donkerblauwe wateren van de Stille Oceaan. De ingenieurs testten vervolgens het vermogen van de robot om de randen van de pluim te volgen - een vaardigheid die zich zou kunnen vertalen in het detecteren van fragmentarische olielozingen of algenbloei. De tests in Santa Barbara en Monterey Bay, zoals die in Bog Lake, werden gefinancierd door een subsidie ​​aan het Arctic Domain Awareness Center (ADAC) van de Universiteit van Alaska door het Amerikaanse ministerie van Binnenlandse Veiligheid.

Na het uitvoeren van veldproeven bij temperaturen onder het vriespunt in het noorden van Maine, de engineeringteams kunnen het autonome ontwerp van hun voertuig beter waarderen. "In theorie, zodra u de LRAUV in het water laat vallen, je kan naar huis gaan, "zei Hobson. "Het kan worden bediend vanuit een browser op een computer, die zich overal ter wereld kan bevinden." Dit zou een zeer aantrekkelijke optie zijn voor Arctische implementaties. Maar zelfs de meest winterharde AUV is niet immuun voor ijskoude temperaturen. Bij Bog Lake, de ingenieurs moesten de robot in verwarmingsdekens wikkelen als hij niet in het water was, om te voorkomen dat de mechanische onderdelen bevriezen.

Hoe slecht de omstandigheden in Maine ook waren, Polaris krijgt binnenkort te maken met nog hardere klimaten. Scheepvaart en olie-exploratie nemen toe in het noordpoolgebied, waardoor de kustwacht bezorgd was over een verhoogd risico op olielozingen. In het geval van een grote lekkage onder het ijs, de gladde witte gevel van een ijsplaat kan de olie volledig aan het zicht onttrekken terwijl deze zich eronder verspreidt, wijdverbreide milieuschade veroorzaken en inperking moeilijk of onmogelijk maken.

"Je kunt niet echt weten wat er onder het ijs gebeurt met traditionele observatiemethoden, " zei Kieft. De ADAC-onderzoeksgroep hoopt dat door LRAUV's in te zetten die zijn uitgerust met instrumenten om olieconcentraties in water te meten, ze kunnen een lekkage snel in kaart brengen, volg zijn beweging, en mogelijk zelfs de bron van de kwel te identificeren.

Een robot ontwerpen die onder een ijskap kan duiken, een pluim volgen, en zijn weg terug te vinden vergde veel on-site engineering. "We hebben veel van het gedrag van deze robot veranderd, "zei Kieft. "Een deel van de technologie, zoals de docking-mogelijkheid die we voor dit project hebben ontwikkeld, zou verreikende voordelen kunnen hebben voor wetenschappers van MBARI, en hopelijk wetenschappers over de hele wereld, of het nu onder het ijs is of in open water."

De volgende stop voor de robot zijn de Grote Meren in maart, gevolgd door Barrow, Alaska in juli. Het ontwerp van de LRAUV is in licentie gegeven aan de WHOI, die van plan is om extra voertuigen te bouwen. Hoewel MBARI ondersteuning zal blijven bieden, Polaris is officieel overgedragen aan de wetenschappers van de WHOI, wie zal het in de toekomst bedienen.