Para determinar como o degelo dos icebergs pode estar afetando o oceano, um robô do tamanho de um caiaque parou os enormes pedaços de gelo que flutuavam e giravam nas águas do Atlântico Norte - por conta própria.

Ou pelo menos foi isso que Hanumant Singh fatorou nos algoritmos do robô para renderizar mapas 3D nítidos de icebergs no Fiorde de Sermilik, uma enseada de 80 quilômetros na costa da Groenlândia Oriental.

Os cientistas sabem que os icebergs que se partem da camada de gelo da Groenlândia estão derretendo rapidamente em resposta às mudanças climáticas, mas os detalhes de quão rápido eles estão derretendo ainda não estão claros. Singh, professor de engenharia elétrica e da computação na Northeastern, diz que o problema é descobrir como medir grandes pedaços de gelo que estão em movimento constante.

"Isso é muito mal compreendido, "ele diz." Os icebergs se movem, e eles estão se movendo rápido, cerca de 10 quilômetros por dia. "

Para ter uma ideia concreta da taxa de fusão, medições precisas da forma e da superfície de um iceberg precisam ser comparadas ao longo do tempo. Mas mapear um objeto em movimento constante é o calcanhar de Aquiles do robô.

Engenheiros que trabalham em drones autônomos muitas vezes se deparam com esse desafio, uma vez que os robôs precisam escanear e mapear seus ambientes para se mover de forma eficaz e autônoma. Tudo isso geralmente é calculado com a suposição de que as coisas não se movem, Diz Singh.

"Muitas vezes o que vai acontecer é que você pode ter um robô, e vai mapear um edifício lindamente, "ele diz." Mas então você tem pessoas se mudando, e o robô fica completamente perdido porque está usando recursos estáticos no ambiente. "

Não é diferente na água. As medições de um alvo em movimento por um robô podem ser facilmente distorcidas e difíceis de corrigir.

Singh, que projeta sistemas de drones para ambientes remotos e subaquáticos, tem como objetivo contornar esse desafio com cálculos que contabilizam o movimento de um iceberg simultaneamente enquanto o robô navega ao redor dele e o mapeia. Em outras palavras, ele congela o movimento, com um monte de matemática, realmente.

Em um artigo recente, Singh e uma equipe de pesquisadores descrevem a tecnologia e os algoritmos usados ​​para corrigir o movimento de uma dúzia de icebergs flutuando no Fiorde de Sermilik.

As reconstruções 3-D do algoritmo de icebergs mostram detalhes de alta resolução da geometria e relevo do gelo, que às vezes é impossível de capturar, mesmo com imagens brutas capturadas por um drone do oceano. Comparado com o gelo da vida real, a precisão desses modelos é notavelmente próxima, Diz Singh.

"Dentro de alguns centímetros, talvez 10, " ele diz.

Esse é um nível de detalhe que já era necessário para os cientistas que tentam determinar a rapidez com que o gelo da Terra está desaparecendo, e como essa mudança influenciará o resto do planeta.

Conforme os icebergs derretem, toneladas de água doce estão sendo lançadas no mar. A longo prazo, tal mudança na dinâmica do oceano pode atrapalhar a forma como a água flui e circula ao redor do globo, transportando calor e nutrientes essenciais para ecossistemas frígidos e temperados.

"Nosso papel era o mapeamento, mas outros co-autores estão interessados ​​nos dados, "Diz Singh." Eles são todos oceanógrafos físicos, e vai usá-lo para realmente fazer modelos do que está acontecendo com a água doce, como esses icebergs estão derretendo, e como isso está sendo afetado pela mudança climática. "

Simplificando, O sistema robótico de Singh é apenas uma câmera e um sensor de sonar montado em um disponível comercialmente, caiaque movido a gás. Isso é uma quebra da tradição, Singh diz, já que robôs oceânicos tendem a ser caros.

Com sua câmera, o robô obtém imagens brutas da parte dos icebergs exposta acima da água. O robô então usa essas imagens para navegar estrategicamente ao redor do iceberg e ajudar o sensor de sonar a fazer medições de alta qualidade do gelo submerso, que é responsável por mais de 90 por cento da estrutura de gelo.

"Temos uma forma tridimensional de todo o iceberg no topo, e então podemos usar isso como navegação para corrigir coisas na parte inferior, "Diz Singh." Esses dados têm uma ampla sobreposição, e também nos dá navegação, o que nos permite corrigir o outro sensor. "

Em locais como a Groenlândia, iluminação torna difícil capturar imagens de grandes, brilhante, e principalmente gelo branco contra um fundo brilhante. Esse também é um ambiente difícil de capturar quando está nublado e escuro:as câmeras lutam para distinguir entre as cores de um iceberg e as misturas de cinza do céu. E então há todo o resto no campo de visão.

"Você está em um fiorde, então você tem todos esses sites e essas peças na água que queremos ignorar completamente, "Diz Singh.

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

Por décadas, 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. Próximo, 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."