Nell'agosto 2015, un gruppo di ricercatori oceanici si è riunito sulla costa del Costa Rica per studiare il comportamento di nidificazione della rara tartaruga marina Olive Ridley. Gli scienziati volevano scoprire il comportamento misterioso delle tartarughe in mare aperto, sconosciuto persino agli esperti sulla migrazione annuale dei rettili, nota come arribada. Per fare ciò, si sono rivolti a uno strumento di ricerca improbabile: i droni. Molto al di sopra di loro, un aliante ad ala fissa senseFly eBee osservava la scena.
Usando l'aliante, i ricercatori sono stati in grado di osservare le tartarughe che si radunavano al largo in gruppi prima di dirigersi verso la spiaggia per nidificare, una scoperta che ha sollevato nuove domande comportamentali. Ma dopo cinque voli, lo specialista di droni Rett Newton della Duke University notò qualcosa di strano. La sabbia della spiaggia si aggrappava ai pezzi metallici dell'aereo. Più allarmante, uno strano rumore stava emettendo dal motore.
"Quando abbiamo iniziato a far funzionare il motore, abbiamo iniziato a sentire alcuni suoni di tipo croccante", afferma Newton. Era se ci fosse sabbia negli ingranaggi.
C'era. La sabbia, di natura vulcanica, era attratta magneticamente dai motori del motore. Questa era una sfida che i ricercatori non avevano previsto. Preoccupati che la sabbia potesse interferire con i sensori elettronici del drone, si trasferirono in un campo da calcio e in un terreno agricolo nelle vicinanze. "Altrimenti, avrebbe distrutto completamente il nostro aereo", afferma Newton.
I droni non sono solo per i militari e tecnologicamente propensi. Ora, i ricercatori che in genere pensano a immersioni o guadare stanno iniziando a rivolgersi ai cieli per aiutarli ad affrontare le domande che altrimenti sarebbero senza risposta. I droni, o Unmanned Autonomous Systems (UAS), possono fornire un vantaggio cruciale quando si tratta di contare le popolazioni di leoni marini, rintracciare le barriere coralline, mappare le fioriture di fitoplancton e persino dare alle balene un test etilometro.
Tuttavia, la transizione dalle operazioni terrestri di droni a operazioni in mare aperto pone ripide sfide, come illustra la spedizione delle tartarughe marine di Olive Ridley. Nel caso del progetto tartaruga marina, la sabbia magnetica è diventata l'ennesima sfida in un elenco di considerazioni sulla pianificazione della missione che includevano già acqua salata, bagliore riflettente, breve durata della batteria, acque mosse e condizioni ventose.
Allora perché alcuni ricercatori ritengono che valga la pena usare i droni nell'oceano?
Una rara tartaruga marina ridley arriva alla spiaggia di Ostional, Costa Rica. I droni potrebbero aiutare i ricercatori a capire il loro comportamento misterioso al largo. (Solvin Zankl / Alamy) Uno dei motivi per cui gli istituti di ricerca sono desiderosi di utilizzare la tecnologia dei droni è che il prezzo dei droni di consumo è finalmente diventato alla loro portata. Un drone di fascia bassa utilizzato a scopo didattico può costare fino a $ 500 e i modelli di fascia alta con sensori e fotocamere sofisticati hanno un prezzo di adesivo compreso tra $ 20.000 e $ 50.000. Un altro è che le operazioni sul campo in mare aperto sono intrinsecamente pericolose per i membri dell'equipaggio, come lo sono gli aerei. Uno studio del 2003 sui pericoli dei biologi della fauna selvatica ha elencato gli incidenti aerei come il killer numero uno degli scienziati sul campo.
Il Dipartimento della Difesa ha iniziato il principale uso terrestre di droni con l'invenzione del Predator nel 1994. Da allora, i droni sono diventati strumenti militari onnipresenti e talvolta controversi. Tuttavia, secondo John C. Coffey, capo ingegnere di sistemi per la National Oceanic and Atmospher Administration (NOAA), i droni sono diventati un punto focale per la ricerca oceanica solo cinque anni fa. Sebbene possano essere ricondotti a progetti NOAA risalenti a poco più di un decennio fa, una serie di ostacoli doveva essere risolta prima che la tecnologia fosse abbastanza affidabile da utilizzare sul campo.
Un ambiente navale può essere abbastanza confuso per un drone. "Le operazioni a bordo sono tra le 10 e le 100 volte più difficili delle operazioni a terra", afferma Coffey. Per mantenere l'equilibrio e la direzione, il drone si basa su una serie di sensori che misurano la forza di gravità, la pressione atmosferica, il campo magnetico terrestre e la rotazione angolare. Questi sensori sono calibrati in base alle condizioni ambientali preflight. Ma il ponte di una nave inizia in modo roccioso. Il dondolo può causare una cattiva calibrazione, inviando il drone per un inaspettato volo a mezz'aria e inducendo una missione di salvataggio di scienziati frustrati. Esistono droni impermeabili, ma spesso non supportano i sensori appropriati per la raccolta dei dati.
"Decollare e atterrare da un bersaglio in movimento è davvero difficile", afferma Coffey. Inoltre, la nave stessa invia una serie di segnali, come radar e radio, che possono causare problemi a un volo di mezzo drone. Collettivamente noti come interferenze elettromagnetiche, questi segnali devono essere presi in considerazione prima di una missione pianificata. Gli ostacoli posti da un mare instabile hanno portato alcuni scienziati ad adottare un approccio più creativo.
Michael Moore della Woods Hole Oceanographic Institution ricerca mammiferi marini, in particolare balene di grandi dimensioni come megattere e balene di destra. Ha lavorato a fianco di questi giganti negli ultimi 37 anni e si è interessato a valutare la salute delle balene attraverso sondaggi fotografici aerei usando piccoli aerei 20 anni fa. Ispirato al lavoro di un collega che utilizza droni per sondare le popolazioni di pinguini in Antartide, Moore ha deciso di provare a utilizzare i droni nel 2013.
Le balene vivono a una distanza considerevole dalla costa e poiché la FAA richiede una linea di vista tra un pilota e un drone, un decollo costiero era fuori questione. Invece Moore e i suoi colleghi dovevano far volare un drone da una piccola barca. Ma quando ha chiesto ai contatti della Marina di parlare della logistica di volo, dice Moore, ha ricevuto osservazioni cautelative di dubbio.
Inizialmente gli scienziati hanno ingannato il drone calibrandolo a terra e immediatamente spegnendolo prima di trasferirlo sulla barca e andare in acqua. Ma un ingegnere del team di Moore, Don LeRoi, in seguito ha sviluppato una patch di codice per il drone Mikrokopter che hanno usato, e nel 2014 Mikrokopter ha assorbito il codice "modalità barca" nel loro sistema operativo. 3D Robotics, il più grande produttore di droni di consumo degli Stati Uniti, ha annunciato lo scorso aprile che supporteranno software simili nel loro nuovo drone Solo.
"Indovina un po ', l'abbiamo capito", dice Moore.
Presa anche da un esacottero, questa foto mostra le condizioni comparative del corpo delle orche. La femmina in alto appare magra e in cattive condizioni. La balena in fondo è incinta, il suo corpo sporgente a poppa della gabbia toracica. (NOAA, Acquario di Vancouver) Moore ora usa i droni su base regolare e sta perfezionando un metodo di raccolta del colpo di balena in base al quale un drone esacotteri sorvola da sei a dieci piedi sopra una balena sommersa e attende che l'animale affiorhi ed espiri. Una piastra sterilizzata si trova sulla parte superiore del drone, che raccoglie il vapore condensato. Moore spera di raccogliere dati chimici sufficienti, tra cui DNA, presenza microbica e livelli ormonali dal respiro delle balene per sviluppare un metodo per valutare la salute delle balene. La riuscita della raccolta richiede che il pilota del drone faccia sedere il drone immediatamente entro il raggio di fuoco del blowhole.
Dalla barca, gli scienziati fanno affidamento su segnali visivi. "Il (drone) tende a luccicare un po '", dice Moore.
Forse più formidabili delle sfide tecniche dei droni della ricerca oceanica sono sfide burocratiche della FAA. Le operazioni tramite NOAA, un'agenzia governativa, hanno un protocollo standard simile a tutti gli altri aerei pubblici che volano in cielo, ma enti pubblici come università e istituti di ricerca devono richiedere un'esenzione. In base all'esenzione, il pilota di droni deve essere un pilota autorizzato, far volare il drone sotto i 400 piedi durante il giorno ed essere in vista del drone.
Un nuovo sviluppo, tuttavia, può aiutare a facilitare l'accesso e l'uso dei droni ai ricercatori per questo tipo di ricerca. A partire dal 29 agosto, una nuova sezione del regolamento FAA (Sezione 107) ha l'obiettivo di aumentare il numero di non hobbisti che hanno accesso ai droni, aggiungendo un test speciale in cui un individuo di un'istituzione o di una società può diventare un pilota di droni certificato .
La Duke University ha persino aperto un nuovo centro, la Marine Conservation Ecology Unmanned Systems Facility, nell'autunno del 2015 per aiutare i ricercatori e gli studenti interessati a navigare nella complicata tecnologia e normativa relativa ai progetti di ricerca sull'oceano basati sui droni. Il centro ha offerto le sue prime lezioni quest'estate e pianifica il completamento del suo centro in una rimessa per imbarcazioni rinnovata entro la fine di ottobre. Un seminario sull'uso dei droni per applicazioni marittime presso Duke nell'estate del 2015 che comprendeva oltre 50 esperti in tecnologia dei veicoli autonomi ha evidenziato la necessità di un centro per coordinare progetti regionali e globali.
David Johnston, il direttore della struttura, afferma che il suo lavoro presso l'università può essere un centro per la collaborazione e la condivisione di informazioni per la futura ricerca sui droni oceanici. Vede battute d'arresto come l'interferenza magnetica della sabbia in Costa Rica come una necessità per promuovere la tecnologia. "I droni sono un altro esempio di dove possiamo usare per campionare l'ambiente in nuovi modi e affrontare domande che non saremmo necessariamente in grado di affrontare facilmente, o addirittura affatto".
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