In augustus 2015 verzamelde een groep oceaanonderzoekers zich aan de kust van Costa Rica om het nestgedrag van de zeldzame Olive Ridley-zeeschildpad te bestuderen. De wetenschappers wilden het mysterieuze gedrag van de schildpadden offshore ontdekken - zelfs onbekend voor experts in de jaarlijkse migratie van de reptielen, bekend als de arribada. Om dit te doen, wendden ze zich tot onwaarschijnlijk onderzoekstool: drones. Ver boven hen overzag een senseFly eBee fixed wing glider de scène.
Met behulp van het zweefvliegtuig konden onderzoekers de schildpadden observeren die offshore in clusters samenkwamen voordat ze naar het strand gingen om te nestelen, een ontdekking die nieuwe gedragsvragen opriep. Maar na vijf vluchten merkte dronespecialist Rett Newton van de Duke University iets vreemds op. Het zand van het strand klampte zich vast aan de metalen delen van het vliegtuig. Meer verontrustend, er klonk een vreemd geluid uit de motor.
"Toen we de motor begonnen te laten draaien, begonnen we wat knapperige geluiden te horen, " zegt Newton. Het was alsof er zand in de tandwielen lag.
Er was. Het zand, dat vulkanisch van aard was, was magnetisch aangetrokken door de motoren van de motor. Dit was een uitdaging die onderzoekers niet hadden verwacht. Bang dat het zand de elektronische sensoren van de drone zou verstoren, verhuisden ze naar een nabijgelegen voetbalveld en landbouwgrond. "Anders zou het ons vliegtuig volledig hebben vernietigd", zegt Newton.
Drones zijn niet alleen voor militairen en technologisch ingesteld. Nu beginnen onderzoekers die meestal nadenken over duiken of waden, zich naar de lucht te wenden om hen te helpen vragen aan te pakken die anders niet te beantwoorden zouden zijn. Drones, of Unmanned Autonomous Systems (UAS), kunnen een cruciale voorsprong bieden als het gaat om het tellen van zeeleeuwpopulaties, het volgen van koraalriffen, het in kaart brengen van fytoplanktonbloei en zelfs het geven van walvissen een breathalyzertest.
Toch vormt de overgang van operaties op het land van drones naar operaties op de open oceaan steile uitdagingen - zoals de Olive Ridley-zeeschildpadexpeditie illustreert. In het geval van het zeeschildpaddenproject werd magnetisch zand weer een andere uitdaging op een lijst van overwegingen van missieplanning die al zout water, reflecterende schittering, korte batterijduur, woelig water en winderige omstandigheden omvatten.
Dus waarom vinden sommige onderzoekers het gebruik van drones in de oceaan waard?
Een zeldzame olijfachtige zeeschildpad arriveert op het strand van Ostional, Costa Rica. Drones kunnen onderzoekers helpen hun mysterieuze gedrag offshore te achterhalen. (Solvin Zankl / Alamy) Een reden dat onderzoeksinstellingen graag drone-technologie willen gebruiken, is dat de prijs van drones voor consumenten eindelijk binnen hun mogelijkheden ligt. Een low-end drone die wordt gebruikt voor onderwijsdoeleinden kan zo laag zijn als $ 500, en high-end modellen met geavanceerde sensoren en camera's hebben een stickerprijs tussen $ 20.000 en $ 50.000. Een andere is dat veldoperaties in de open oceaan inherent gevaarlijk zijn voor bemanningsleden - net als vliegtuigen. Een studie uit 2003 van gevaren voor natuurbiologen vermeldde lichte vliegtuigongevallen als de nummer één moordenaar van veldwetenschappers.
Het ministerie van Defensie begon met grootschalig gebruik van drones op het land met de uitvinding van het Predator in 1994. Sindsdien zijn drones alomtegenwoordig - en soms controversieel - militair gereedschap. Volgens John C. Coffey, hoofdsysteemingenieur voor de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), werden drones pas vijf jaar geleden aandacht besteed aan oceaanonderzoek. Hoewel ze kunnen worden herleid tot NOAA-projecten die iets meer dan tien jaar geleden teruggaan, moesten een aantal obstakels worden opgelost voordat de technologie betrouwbaar genoeg zou zijn om in het veld te gebruiken.
Een scheepsomgeving kan behoorlijk verwarrend zijn voor een drone. "Shipboard-operaties zijn tussen de 10 en 100 keer moeilijker dan operaties vanaf land, " zegt Coffey. Om balans en richting te behouden, vertrouwt de drone op een reeks sensoren die de zwaartekracht, atmosferische druk, het magnetische veld van de aarde en hoekrotatie meten. Deze sensoren zijn gekalibreerd naar de preflight van de omgevingsomstandigheden. Maar een scheepsdek zorgt voor een rotsachtige start. Het schommelen kan een slechte kalibratie veroorzaken, waardoor de drone wordt gestuurd voor een onverwachte duik in het midden van de vlucht en een reddingsmissie wordt veroorzaakt door gefrustreerde wetenschappers. Waterdichte drones bestaan, maar ze ondersteunen vaak niet de juiste sensoren voor gegevensverzameling.
"Opstijgen en landen van een bewegend doelwit is echt moeilijk", zegt Coffey. Bovendien verzendt het schip zelf een reeks signalen, zoals radar en radio, die problemen kunnen veroorzaken voor een drone-midflight. Deze signalen worden gezamenlijk elektromagnetische interferentie genoemd en moeten vóór een geplande missie in aanmerking worden genomen. De obstakels van een onstabiele zee zorgden ervoor dat sommige wetenschappers een creatievere aanpak volgden.
Michael Moore van Woods Hole Oceanographic Institute onderzoekt zeezoogdieren, in het bijzonder grote baleinwalvissen zoals bultruggen en rechterwalvissen. Hij heeft de afgelopen 37 jaar met deze reuzen samengewerkt en raakte 20 jaar geleden geïnteresseerd in het beoordelen van de walvisgezondheid via luchtfoto-enquêtes met behulp van kleine vliegtuigen. Geïnspireerd door het werk van een collega met behulp van drones om pinguïnpopulaties op Antarctica te onderzoeken, besloot Moore in 2013 te proberen drones te gebruiken.
Walvissen leven op een aanzienlijke afstand van de kust en aangezien de FAA zichtlijn vereist tussen een piloot en een drone, was een kuststart uitgesloten. In plaats daarvan moesten Moore en zijn collega's een drone vliegen vanaf een kleine boot. Maar toen hij contacten bij de marine vroeg over vliegende logistiek, zegt Moore, ontving hij waarschuwende opmerkingen van twijfel.
Aanvankelijk bedrogen de wetenschappers de drone door te kalibreren op het land en deze onmiddellijk af te sluiten voordat ze naar de boot werden overgebracht en het water op gingen. Maar een ingenieur van Moore's team, Don LeRoi, ontwikkelde later een codepatch voor de Mikrokopter-drone die ze gebruikten, en tegen 2014 nam Mikrokopter de "bootmodus" -code op in hun besturingssysteem. 3D Robotics, de grootste dronemaker van consumenten in de Verenigde Staten, kondigde in april aan dat ze soortgelijke software zullen ondersteunen in hun nieuwe Solo-drone.
"Raad eens, we zijn erachter", zegt Moore.
Deze foto, ook gemaakt door een hexacopter, toont de vergelijkende lichaamscondities van orka's. Het vrouwtje bovenaan lijkt mager en in slechte staat. De walvis onderaan is zwanger, haar lichaam uitpuilend achter de ribbenkast. (NOAA, Vancouver Aquarium) Moore gebruikt nu regelmatig drones en is bezig met het perfectioneren van een methode voor het verzamelen van walvisblazen, waarbij een hexacopter drone zes tot tien voet over een onderwaterwalvis zweeft en wacht tot het dier aan de oppervlakte komt en uitademt. Een gesteriliseerde plaat bevindt zich bovenop de drone, die de gecondenseerde damp verzamelt. Moore hoopt voldoende chemische gegevens te verzamelen, waaronder DNA, microbiële aanwezigheid en hormoonspiegels uit de walvisademhaling om een methode te ontwikkelen voor het beoordelen van de walvisgezondheid. Voor een succesvolle verzameling moet de drone-piloot de drone onmiddellijk binnen het schietbereik van het blaasgat plaatsen.
Vanuit de boot vertrouwen wetenschappers op visuele aanwijzingen. "De (drone) neigt een beetje te slingeren, " zegt Moore.
Misschien formidabeler dan de technische uitdagingen van oceanische onderzoeksdrones zijn bureaucratische uitdagingen van de FAA. Operaties via NOAA, een overheidsinstantie, hebben een standaardprotocol vergelijkbaar met alle andere openbare vliegtuigen die in de lucht vliegen, maar openbare entiteiten zoals universiteiten en onderzoeksinstellingen moeten een vrijstelling aanvragen. Volgens de vrijstelling moet de drone-piloot een gelicentieerde piloot zijn, de drone overdag onder 400 voet vliegen en in het zicht van de drone zijn.
Een nieuwe ontwikkeling kan er echter toe bijdragen dat onderzoekers gemakkelijker toegang krijgen tot en drones gebruiken voor dit soort onderzoek. Vanaf 29 augustus heeft een nieuwe sectie in de FAA-regelgeving (sectie 107) tot doel het aantal niet-hobbyisten dat toegang heeft tot drones te vergroten, door een speciale test toe te voegen waarbij een persoon van een instelling of bedrijf een gecertificeerde drone-piloot kan worden .
Duke University heeft zelfs een nieuw centrum geopend, de Marine Conservation Ecology Unmanned Systems Facility, in het najaar van 2015 om geïnteresseerde onderzoekers en studenten te helpen navigeren door de gecompliceerde technologie en regelgeving rond op drones gebaseerde oceaanonderzoeksprojecten. Het centrum bood deze zomer zijn eerste lessen aan en plant de voltooiing van zijn centrum in een gerenoveerd botenhuis eind oktober. Een workshop over het gebruik van drones voor maritieme toepassingen in Duke in de zomer van 2015 met meer dan 50 experts in autonome voertuigtechnologie benadrukte de behoefte aan een centrum voor de coördinatie van regionale en wereldwijde projecten.
David Johnston, de directeur van de faciliteit, zegt dat hij andhopes dat de universiteit een centrum kan zijn voor samenwerking en het delen van informatie voor toekomstig onderzoek naar oceaandrones. Hij ziet tegenslagen zoals de magnetische interferentie van het zand in Costa Rica als een noodzaak om de technologie te bevorderen. "Drones zijn een ander voorbeeld van waar we kunnen gebruiken om de omgeving op nieuwe manieren te bemonsteren en vragen aan te pakken die we niet noodzakelijkerwijs gemakkelijk of helemaal niet hadden kunnen beantwoorden."
Leer meer over de zeeën met het Smithsonian Ocean Portal.
