Undervandsrobot giver nye muligheder for polarforskning

To ingeniørstuderende har bygget en undervandsrobot, der kan analysere algeforholdene under havisen på Antarktis. Det giver helt nye muligheder for polarforskningen, og robotten har netop gennemført den første videnskabelige ekspedition til Grønland med succes.

15.03.2016 | Kim Harel

Undervandsrobotten DeepFreeze har skaffet polarforskere meget detaljeret viden om den såkaldte isalge, der er nøglen til at forstå livet i de antarktiske have. På billedet ses Tor Dam Eskildsen og Thomas Juul, som har designet og bygget robotten til forskerne. (Foto: Tor Dam Eskildsen)

Gennem et hul i isen sænkes robotten ned i vandet. Den er fremstillet i et materiale, der kan holde til store temperaturudsving og beskytte elektronikken under vand i kolde omgivelser. Den styres med en almindelig x-box controller fra overfladen. (Foto: Tor Dam Eskildsen)

God datakvalitet afhænger af, at robotten kan foretage målinger på nøjagtigt de samme steder under isen over tid. Så hvad gør man, når isen er for tyk, til at GPS-signalerne kan trænge igennem? DeepFreeze er udstyret med digitale kameraer, der kigger gennem det kolde og klare vand hen imod to lysstave i isen. Herefter sender den information videre til en computer, som udregner antallet af pixels mellem de to stave og dermed robottens præcise position. (Foto: Tor Dam Eskildsen)

Tre polarforskere, to ingeniørstuderende og en undervandsrobot. Det er kernen i den ekspedition, der netop har indsamlet en historisk stor mængde information om alger under isen ved Aarhus Universitets forskningsbase på Grønland.

Polarforskere har i adskillige år forsøgt at blive klogere på den såkaldte isalge, fordi den er den eneste kulstofkilde i vandet og dermed grundlaget for hele det kolde økosystem i Antarktis.

”Algen er første led i fødekæden og dermed nøglen til at forstå livet under isen. Derfor vil vi gerne vide mere om dens levevilkår og udbredelse, og vi har store forventninger til, at ny robotteknologi kan hjælpe os med det,” siger Lars Chresten Lund-Hansen, lektor ved Aarhus Universitet.

I sommeren 2015 bad han to ingeniørstuderende om hjælp til at specialdesigne og bygge en  undervandsrobot til indsamling af data om algeforekomst og -trivsel under isen. Nu - et halvt år senere – er robotten med navnet DeepFreeze færdig og har gennemført den første ekspedition.

Nærstudier af alger i naturligt miljø
Tidligere har forskerne været nødt til at bore store kegler af is ud og fragte dem med hjem til forskningsbasen eller laboratoriet for at undersøge algerne, der sidder i et tyndt lag på undersiden af isen. Fordelen ved at bruge en undervandsrobot er, at de nu kan studere algerne i deres naturlige miljø og i et væsentligt større afgrænset område.

”Robotten kan dykke under is med en aktionsradius på 30 meter. Det giver helt nye muligheder for at skaffe viden om, hvordan algerne har det, og hvordan de vokser og formerer sig,” siger Tor Dam Eskildsen, ingeniørstuderende ved Aarhus Universitet.

Han har sammen med sin studiekammerat Thomas Juul fremstillet robotten til polarekspeditioner og udstyret den med blandt andet tre kameraer, der kan registrere lysforhold under is.

”Algerne får næring fra lys, så de kan lave fotosyntese og vokse. Ved at måle spektralsammensætningen under isen kan vi hjælpe biologerne med at få detaljeret viden om, hvor meget af lyset fra solen, algerne har absorberet, og dermed også om deres trivsel og fordeling,” siger Thomas Juul.

Polarrobotten DeepFreeze er en såkaldt inspektionsrobot og er på størrelse med en lille kuffert. Den er fremstillet i et materiale, der kan holde til store temperaturudsving og beskytte elektronikken under vand i kolde omgivelser, og den styres med en almindelig x-box controller fra isens overflade.

Den er desuden bygget, så den får en positiv opdrift i slukket tilstand og kan derfor lægge an mod isen, uden at de biologiske målinger forstyrres af bevægelsesstrømninger eller elektronisk støj.

Smart positioneringssystem giver forskere forspring 
Polarforskningsekspeditionen har varet en uge, og hver dag har robotten samlet data om algerne i deres naturlige omgivelser under vandet i en radius på 30 meter fra søsætningshullet.

”Det er gået rigtigt godt. Vi har data af meget høj kvalitet og i en mængde, som ingen forskere kunne drømme om for bare for få år siden,” siger Tor Dam Eskildsen

Det er første gang, det er lykkedes forskere at skaffe så detaljeret information om den antarktiske isalge.  Det skyldes, at det hidtil har været en temmelig kompliceret affære at styre robotter under den cirka 80 centimeter tykke is.

"God datakvalitet afhænger af, at man kan foretage målinger på nøjagtigt de samme steder over tid - uden adgang til GPS-signaler, vel at mærke. Tidligere har forskerne derfor forsøgt sig med et positioneringssystem baseret på akustisk bølgeteknologi, men det er en kostbar og mindre præcis løsning," siger Tor Dam Eskildsen.

Det særlige ved robotten DeepFreeze er, at dens positioneringssystem er baseret på simple videooptagelser. Den er udstyret med digitale kameraer, der kigger gennem det kolde og klare vand hen imod hvert sit referencepunkt. Herefter sender den information videre til en computer, som hele tiden og meget præcist fastlægger dens placering under isen.

”Vi stikker to lysstave ned igennem isen med en kendt afstand i hver sin ende af den linje, robotten skal indsamle data fra. Derefter sender den automatisk videobilleder til vores computer, som via et programmeringssystem kan udregne antallet af pixels mellem de to stave og dermed fastslå den præcise afstand,” siger Thomas Juul.

De studerende har designet og bygget robotten på bare fire måneder som en del af deres bachelorprojekt på maskiningeniøruddannelsen ved Aarhus Universitet.

Se undervandsrobotten DeepFreeze på en af dens mange testture i bassin i videoen nedenfor

 

KONTAKT

Tor dam Eskildsen, ingeniørstuderende, Aarhus Universitet: 6176 4050

Thomas Juul, ingeniørstuderende, Aarhus Universitet: 2829 4317

Claus Melvad, adjunkt, Ingeniørhøjskolen Aarhus Universitet

Lars Chresten Lund Hansen, lektor ved Institut for Bioscience, Aarhus Universitet

AU Engineering