Tehisintellektiga robot-veealune kilpkonn tõestab , et veealuse reostuse jälgimine ei ole enam ainult suurte laborite ja mitme miljoni dollari suuruste eelarvete pärusmaa. 15-aastase õpilase loodud prototüüp suudab tuvastada jäätmeid, invasiivseid liike ja keskkonnastressi märke peaaegu 96% täpsusega.
Leiutis, mis kannab nime Biooniline Veealune Robotkilpkonn (BURT), on tõusnud ökoloogilise seire valdkonnas liidriks ning on äratanud Euroopa teadlaste ja teadusvõistluste tähelepanu. Selle biomimeetilise disaini, integreeritud tehisintellekti ja taskukohaste materjalide kombinatsioon avab põneva võimaluse vee kvaliteedi kontrolli parandamiseks järvedes, jõgedes ja meredes, sealhulgas Euroopas.
Teismeline vee all mõtleva robotkilpkonna taga
Selle arenduse eest vastutab Evan Budz, noormees Dundasest Ontariost Kanadast , kes otsustas kõigest 15-aastaselt muuta igapäevase vaatluse edasijõudnud robootikaprojektiks. Pärast seda, kui ta oli märganud, kuidas kilpkonnad Suures järves praktiliselt ilma müra ja turbulentsita liikusid, mõistis ta, et see käitumine võiks olla eeskujuks uut tüüpi veealuse drooni loomisel.
Selle asemel, et piirduda vaid klassiruumis tehtava eksperimendiga, hakkas õpilane nende loomade liikumist dokumenteerima , katsetusi tegema ja omatehtud prototüüpe kokku panema, kuni ta saavutas robotkonstruktsiooni, mis suudab nende ujumist jäljendada. Kõik see saavutati ilma suurte institutsioonide toetuseta ja kasutades kergesti kättesaadavaid komponente.
Sellest protsessist sündis BURT, mehaaniline kilpkonn, mis liigub autonoomselt, järgib programmeeritud marsruute ja säilitab stabiilsuse pikkade sukeldumiste ajal . Selle käitumine sarnaneb päris kilpkonna omaga, kuid selle sees on elektroonika, andurid ja tehisintellekti süsteem, mis on treenitud ümbrust lugema.
See, mis algas kodumaises keskkonnas, on jõudnud Euroopa noorteteaduse ühte peamisse etappi, kinnistades BURTi kui käegakatsutavat näidet keskkonnakaitses rakendatud innovatsioonist.
Pehmete uimedega tõukejõud: vaikne veealune robot
Enamik kommertskasutuseks mõeldud veealuseid droone kasutab edasiliikumiseks võimsaid propellereid ja mootoreid . See lähenemisviis on kiiruse osas tõhus, kuid tekitab müra, vibratsiooni ja turbulentsi, mis peletavad kalu eemale, häirivad metsloomade käitumist ja võivad kahjustada eriti tundlikke elupaiku, näiteks korallriffe või habras taimestikuga mageveealasid.
BURT erineb sellest mudelist, kasutades painduvate uimede süsteemi, mis jäljendab päris kilpkonna kinemaatikat . Pehmed jäsemed peksavad rütmiliselt vett, lükates robotit edasi ilma kiirete propelleriteta. Tulemuseks on orgaanilisem, suhteliselt aeglane, kuid väga vaikne liikumine.
See biomimeetiline jõusüsteem võimaldab seadmel liuelda üle riffide, mererohuga niitude ja järvede, häirimata elusloodust või muutmata parameetreid, mida teadlased soovivad uurida. Looduskaitsemeeskondade jaoks on ökosüsteemi jälgimine seda häirimata peamine eelis pealetükkivamate sõidukite ees.
Lisaks vähendavad pehmed uimed füüsiliste löökide ohtu merepõhja õrnadele elementidele. Tavapärased propellerid võivad koralle purustada või väikseid organisme endasse imeda; seevastu robotkilpkonn liigub palju vähem agressiivse mehaanilise profiiliga, mis on kooskõlas praeguste suundumustega vähem invasiivsete vaatlustehnoloogiate poole.
See lähenemisviis sobib hästi Euroopa Liidu keskkonnaprioriteetidega mere- ja siseveekogude kaitse valdkonnas , mis edendavad seiresüsteeme, mis minimeerivad mõju bioloogilisele mitmekesisusele ja kaitstud elupaikadele.
Integreeritud tehisintellekt: 96% täpsus ohtude tuvastamisel
Kuigi BURT-i välimus on silmatorkav oma kilpkonnalaadse sarnasuse poolest, peitub tõeline tehnoloogiline hüpe robotis endas. Noor leiutaja on integreerinud masinõppe mudeli robotisse endasse , mis suudab andmeid reaalajas töödelda ilma pideva ühenduseta väliste serveritega.
See tehisintellekt on treenitud tuvastama plastjäätmeid, invasiivseid liike ja termilise stressi märke ökosüsteemides, mida see läbib. Viimaste hulgas paistab silma korallide pleegitamine , mis on nähtus, mis on seotud veetemperatuuri tõusuga ja mida peetakse ookeanide kliimamuutuste üheks kõige murettekitavamaks näitajaks.
Kilpkonna liikumise ajal jäädvustavad selle kaamerad ja andurid pilte ja keskkonnaparameetreid. Pardal olev tehisintellekt analüüsib seda sisendit reaalajas, liigitades nähtu peaaegu 96% täpsusega . See edukuse määr asetab prototüübi samale tasemele või isegi ületab seda professionaalsete lahendustega, mis nõuavad inimeste meeskondadelt andmete ülevaatamist pärast iga sukeldumist.
Võimalusel töödelda teavet pardal on otsene tagajärg: see võimaldab genereerida reaalajas reostuskaarte ja -hoiatusi . Selle asemel, et oodata sõiduki pinnale naasmist ja andmete allalaadimist, saavad teadlased peaaegu koheseid hoiatusi prahi olemasolu, soovimatu liigi leviku või konkreetse piirkonna kiirenenud halvenemise kohta.
See lähenemisviis on eriti kasulik olukordades, kus reageerimisaeg on kriitilise tähtsusega, näiteks juhuslike lekete, äärmuslike kuumuse ilmingute või ökoloogilist tasakaalu häirivate organismide vohamise korral. Nii Kanadas kui ka potentsiaalsete tulevaste lähetuste puhul Euroopa vetes võib kiire teabe omamine olla määravaks probleemi leevendamise ja liiga hiljaks jäämise vahel.
Taskukohased materjalid ja robootikamudel rohkematele inimestele kättesaadavam
Üks aspekte, mis on teadusringkondi enim üllatanud, on see, et BURT ehitati hõlpsasti kättesaadava riistvara ja suhteliselt odavate komponentidega . Selle taga ei ole suurt ülikooli laborit ega mitme miljoni dollari suurust institutsionaalset programmi, vaid pigem ühe tudengi töö, kes on tavalisi materjale maksimaalselt ära kasutanud.
Robot ühendab tavapäraseid andureid, odavaid mikrokontrollereid ja hõlpsasti kättesaadavaid osi koos treenitava tehisintellekti tarkvaraga, mis ei vaja liiga keerukat infrastruktuuri. See lähenemisviis näitab, et täiustatud keskkonnarobootika ei pea olema ainult suurte uurimiskeskuste pärusmaa.
Sellise ressursi abil ohtude tuvastamise 96% täpsuse valideerimine avab ukse ühendustele, haridusasutustele ja kodanikuühendustele disaini kopeerimiseks või kohandamiseks. Kodanikuteaduse jaoks võimaldaksid sellised tööriistad jõgede, veehoidlate, rannikualade ja merekaitsealade jälgimist ilma ainult ametlikele seadmetele toetumata.
Euroopa kontekstis, kus ELi eeskirjad nõuavad üha rangemat vee kvaliteedi ja mere bioloogilise mitmekesisuse kontrolli , on sellised taskukohased lahendused kooskõlas vajadusega kasutada tihedamaid vaatlusvõrke. Robotkilpkonnade laevastik võiks täiendada poisid, rannikujaamu ja satelliite, pakkudes üksikasjalikumat teavet pinna all toimuva kohta.
Lisaks lihtsustab standardkomponentide kasutamine Hispaania või teiste Euroopa riikide uurimisrühmadel disaini kohandamist oma vajadustele , lisades oma veekogudele spetsiifilisi andureid, kohandades tarkvara kohalikele liikidele või integreerides need robotid olemasolevatesse seiresüsteemidesse.
Garaažist Euroopa suurimaks noortele suunatud teadusnäituseks
BURTi teekond ei ole Suure järvistu ääres peatunud. Projekt valiti esindama Kanadat Euroopa Liidu noorte teadlaste võistlusel (EUCYS) , mis on üks prestiižsemaid noortevõistlusi teaduse ja tehnoloogia valdkonnas.
See igal aastal Euroopas korraldatav võistlus koondab tudengiprojekte erinevates valdkondades, nagu inseneriteadus, biomeditsiin, füüsika ja jätkusuutlikkus. Asjaolu, et kodukeskkonnas arendatud robotkilpkonn jagab lava tipptasemel uuringutega, viitab selle tunnustatud potentsiaalile laiaulatusliku ökoloogilise seire tööriistana.
Korraldajate ja Euroopa teadusringkondade jaoks on BURT suurepärane näide sellest, kuidas tehisintellekt ja biomimikri aitavad leida praktilisi lahendusi haavatavate ökosüsteemide kaitsmiseks. Alates troopilistest riffidest kuni reostuse all olevate järvedeni – see lähenemisviis on rakendatav erinevates veekeskkondades.
Projekti kohalolek EUCYS-is avab ka võimalusi koostööks ülikoolide, uurimisinstituutide ja valitsusasutustega, kes on huvitatud vähem pealetükkivate vaatlustehnoloogiate testimisest. Pole ebamõistlik ette kujutada pilootprojekte Vahemere merekaitsealadel, Atlandi ookeani kaitsealadel või krooniliste reostusprobleemidega Euroopa veehoidlates.
Samal ajal saadab BURTi lugu selge sõnumi Hispaania ja ülejäänud Euroopa hariduskeskustele: robootika ja tehisintellekti toetamine varases eas mitte ainult ei edenda teaduslikke kutsumusi, vaid võib pakkuda ka reaalseid lahendusi juba olemasolevatele keskkonnaprobleemidele.
Kokkuvõttes näitab see robotkilpkonn, et uudishimu, loodusest inspireeritud disaini ja pardal oleva tehisintellekti kombinatsioon suudab muuta lihtsa noorteprojekti tööriistaks, millel on potentsiaal jälgida merede ja järvede tervist , tugevdada kodanike teadust ning täiendada Kanada, Euroopa ja teiste ökoloogilise seire tulevikku suunatud territooriumide keskkonnapoliitikat.
