Trent Lukaczyk pilota o FlightWave Edge UAS quando ele pousa no navio de pesquisa Paragon. Crédito:Steve Haddock / MBARI 2017
Drones não são apenas para amadores, eles têm uma nova aplicação científica - indicando mudanças abaixo da superfície do mar. Os pesquisadores do MBARI estão explorando as possibilidades de usar veículos aéreos não tripulados (UAVs) para acompanhar e aprimorar a ciência e a engenharia oceânicas. Plataformas aéreas, como UAVs, ou drones, como são mais comumente conhecidos, estão avançando em aplicações científicas devido à variedade de recursos de sensoriamento remoto que oferecem. Contudo, devido às difíceis condições ambientais - água, vento, e ondas - as ciências marinhas demoraram a adotar essa tecnologia. Felizmente, isso está mudando, já que agora há pelo menos dois desenvolvedores de UAV que decidiram enfrentar este desafio e projetar veículos aéreos para aplicações marítimas.
Um desses fornecedores, FlightWave Aerospace Inc., fundada pelo engenheiro aeronáutico e colaborador do MBARI Trent Lukaczyk, desenvolveu um UAV que pode decolar e pousar verticalmente como um helicóptero e depois voar horizontalmente como um avião por até 100 quilômetros de alcance. Este UAV, parte de um sistema aéreo não tripulado (UAS) que vem com cargas personalizáveis, pode operar em velocidades de vento de até 40 nós e é resistente à água até uma profundidade de um metro (três pés).
Intrigado com a versatilidade proposta deste sistema aéreo, O oceanógrafo biológico MBARI Francisco Chavez estava curioso para ver se seus sensores poderiam detectar uma frente de ressurgência na superfície do oceano a partir do ar, e convidou Lukaczyk para MBARI para testar seu "sistema de aeronave de asa fixa de tricóptero híbrido, "conforme descrito no site da FlightWave.
Frentes de ressurgência são plumas de água fria que trazem uma abundância de nutrientes das profundezas para a superfície. Esse, por sua vez, causa uma onda de atividade biológica, desde o florescimento do fitoplâncton até a cadeia alimentar até as baleias. Uma maneira de os pesquisadores localizar uma frente de ressurgência é medindo a radiação / temperatura infravermelha térmica emitida pela superfície do oceano. Uma mudança dramática na temperatura pode indicar a presença de uma frente e a localização precisa é encontrada entre as áreas mais frias e mais quentes da água de superfície.
Esta sequência de imagens de satélite infravermelho térmico da Baía de Monterey mostra o desenvolvimento de uma frente de ressurgência, conforme indicado pelas diferenças na temperatura da superfície do mar. A linha preta é a posição da frente localizada entre a água quente e fria. As áreas de azul escuro e roxo indicam a água mais fria que se origina de um local de ressurgência frequente a noroeste da baía. Esta nuvem de frio, atividade biológica de sementes de água aflorada para a Baía de Monterey. Crédito:NOAA
Os satélites podem detectar radiação infravermelha térmica, mas em um dia nublado sua capacidade de fazê-lo é impedida. Um veículo aéreo tem a vantagem de poder voar abaixo das nuvens. Contudo, Os UAVs ainda podem ter dificuldade em registrar as temperaturas da superfície do oceano devido à interferência da névoa, névoa, e vapor de água. Atualmente, a melhor maneira de medir a temperatura exata do oceano é diretamente de navios de pesquisa.
Durante o experimento CANON de 2017 do MBARI, Lukaczyk e sua equipe se juntaram aos pesquisadores do MBARI para implantar seu UAV do navio de pesquisa Paragon para voar em uma frente de ressurgência conhecida. O FlightWave Edge UAS foi equipado com duas câmeras - uma câmera infravermelha térmica para registrar a temperatura, e uma câmera visual padrão para detectar mudanças de cor na superfície do oceano que podem indicar florescimento de fitoplâncton.
Uma frota de veículos autônomos subaquáticos de longo alcance (LRAUVs) também foi implantada durante o experimento CANON para voar debaixo d'água na frente. Depois que os LRAUVs detectaram a posição da frente, o drone foi implantado para ver como seus dados de radiação infravermelha térmica seriam comparados com os dados dos LRAUVs e outros veículos de superfície.
Esta imagem de satélite em cores verdadeiras do oceano na costa central da Califórnia mostra grandes redemoinhos verdes que indicam florescências de fitoplâncton. A imagem está ligeiramente obscurecida por uma nebulosa cobertura de nuvens. Um sistema aéreo não tripulado seria capaz de capturar imagens em cores reais ao voar sob o teto de nuvens. Crédito:NASA Ocean Biology Processing Group
Seguindo os regulamentos da Federal Aviation Administration, o piloto licenciado a bordo do R / V Paragon era obrigado a manter o UAV em linha de visão o tempo todo. Isso significava que uma vez que o UAV foi lançado verticalmente e começou o vôo horizontal, o Paragon teve que persegui-lo através do oceano a velocidades de 25-30 nós para acompanhar o vôo rápido do drone.
Ao longo de uma semana, o UAV voou dez transectos perpendiculares a uma frente de afloramento persistente para ver se seus sensores podiam detectar diferenças na cor da água e temperatura em ambos os lados da frente. Voando 50 a 100 metros acima do oceano, o UAV permaneceu com segurança acima de qualquer navio oceânico, mas ainda abaixo do teto de nuvens.
Os resultados do experimento CANON foram promissores o suficiente para os pesquisadores do MBARI considerarem o uso de UAVs em experimentos subsequentes. Ter a capacidade de estudar e coletar dados de forma autônoma, tanto abaixo quanto acima da superfície do oceano, aumentaria e completaria as capacidades de pesquisa oceanográfica do MBARI.
A bordo do navio de pesquisa Paragon, Trent Lukaczyk (no canto inferior direito) olha para o seu UAV FlightWave Edge de volta. Crédito:Steve Haddock / MBARI 2017
Além do FlightWave, Os pesquisadores do MBARI também estão procurando outras empresas de desenvolvimento de UAV, incluindo aquele cujo drone não é apenas projetado para decolar e pousar em um navio em movimento no mar, mas pode rastrear aquele navio em movimento enquanto ele se inclina e rola no oceano em constante movimento. Agora que as ciências marinhas têm a atenção das empresas de design de UAV, provavelmente haverá mais oportunidades para os pesquisadores do MBARI levarem sua ciência e engenharia oceânica para o ar.
