Для исследований средней воды использовались различные технологии. К ним относятся датчики in situ, сети, акустические эхолоты, пробоотборники воды и широкий спектр специализированных систем камер (9, 15, 19). Такие устройства обычно опускаются на тросе или буксируются за судном, хотя в последние годы они были развернуты на занятых человеком дистанционно управляемых и автономных транспортных средствах. Mesobot был задуман, чтобы дополнить и заполнить важные пробелы, не обслуживаемые этими существующими технологиями и платформами.
Многое из того, что мы знаем о биоте средней воды, было изучено буксировкой или опусканием сетей. Было разработано большое разнообразие сетей, каждая из которых обладает определенными возможностями (19). Несмотря на то, что он необходим для исследований в средней воде, сети имеют много ограничений. Многие животные активно избегают захвата, поэтому любой конкретный сетевой буксир может не дать точного представления о разнообразии или обилии в объеме выборки (20Точно так же сети могут уничтожать многие виды студенистого зоопланктона. Операции с сетями полностью занимают исследовательское судно при развертывании, а обработка образцов трудоемка. Однако в обозримом будущем получение образцов будет необходимо для проведения таксономических исследований, детального изучения пищевых сетей и истории жизни, а также для создания библиотек генетических штрих-кодов, которые, в свою очередь, позволят определить присутствие и, возможно, обилие конкретных организмов по ДНК окружающей среды (21).
В последние годы сети были дополнены специализированными системами камер для наблюдения за биотой средней воды, такой как зоопланктон (22-25). Такие камеры использовались на буксируемых платформах, автономных подводных аппаратах с приводом и профилирующих причалах. Появилось несколько различных оптических конструкций, каждая из которых делает различные компромиссы между качеством изображения, объемом и глубиной резкости. Качество изображения для этих систем может быть очень высоким, и в сочетании с автоматизированной обработкой изображений они могут эффективно исследовать значительные объемы. Эти системы визуализации обычно обеспечивают снимки целей и редко работают таким образом, чтобы они могли наблюдать за отдельными животными в течение длительных периодов времени, необходимых для поведенческих исследований.
Эхолоты — установленные на судне, буксируемые, опускаемые или пришвартованные — также предоставляют ценные данные о видах в средней воде. Эхолоты, установленные на судне, являются доминирующей методологией дистанционного зондирования для исследований средней воды, позволяя эффективно сканировать большие объемы. Предпринимаются многочисленные усилия, чтобы сделать эти акустические системы более способными идентифицировать виды и получать точные оценки биомассы и биоразнообразия (26-28).
Океанографическое сообщество использует множество развернутых на судах и полностью автономных приборов и платформ для исследования срединного океана. Профилировщики проводимости, температуры и глубины (CTDS) спускаются с исследовательских судов на кабеле. Современные КТД теперь включают в себя широкий спектр других инструментов и отбор проб воды. С 2000 года по всему миру были развернуты тысячи полностью автономных профилирующих поплавков Argo, приводимых в действие двигателями плавучести. Они предоставили беспрецедентные данные по целому ряду тем, включая циркуляцию океана, взаимодействие воздуха и моря и изменение климата (29). Планеры несут аналогичные инструменты и активно мобильны; они профилируют и перемещаются в боковом направлении, используя комбинацию двигателя плавучести, крыльев, которые обеспечивают подъемную силу, и контроля их положения путем смещения центра тяжести (30). AUV дальнего действия (31, 32) сочетают в себе атрибуты приводимых в действие AUV и планеров для выполнения исследований на протяжении тысяч километров с многонедельной выносливостью. Роящиеся подводные дрифтеры (M-АУЕС, мини-автономные подводные исследователи) также появляются для исследования срединного океана (33). РОВС обычно используются для наблюдения и отбора проб срединных животных, проведения манипулятивных экспериментальных работ, акустических и визуальных обследований и проведения поведенческих исследований в присутствии надводного судна (15). Полезная нагрузка датчиков, переносимая дистанционно управляемыми и автономными транспортными средствами, в последние годы расширилась и теперь включает флюорометры, эхолоты для биоакустики и даже масс-спектрометры.
Любая морская роботизированная платформа в какой-то степени нарушит окружающую среду, заставляя некоторых животных бежать, привлекая других. Хотя умелое управление транспортными средствами или РОВС, занятыми людьми, может привести к крупным наблюдениям даже за очень чувствительными животными (9, 15, 34), платформы, которые могут более надежно наблюдать за животными, сводя к минимуму беспокойство животных, все еще необходимы. Поведенческие реакции животных могут быть вызваны многими факторами, включая освещение, гидродинамические возмущения, акустику, электромагнитные поля или химическую сигнатуру транспортного средства. Хотя все соответствующие факторы не могут быть устранены, их можно значительно уменьшить. Уровни окружающего света и спектральные характеристики должны учитываться при попытке наблюдать биологию в мезопелагии, где активность животных сильно зависит от света различных источников (35Даже на больших глубинах мезопелагии, где уровень освещенности чрезвычайно низок (на 9-10 порядков ниже, чем на поверхности), свет, по-видимому, сильно влияет на поведение животных (36-38). Хотя искусственное освещение для визуализации может быть разрушительным, эти вредные эффекты могут быть уменьшены (39) с помощью света с более длинными длинами волн (например, красный, ближний инфракрасный), к которому многие зрительные системы глубоководных животных имеют минимальную чувствительность (40-42). Многие морские животные, включая рыб и беспозвоночных, очень чувствительны к гидродинамическим возмущениям. Как и в случае с подводным аппаратом, приближающийся хищник генерирует носовую волну, которая может вызвать реакцию бегства у рыб даже в темноте (43). Аналогично, беспозвоночные реагируют на гидродинамические возмущения, чтобы поддерживать скопления (44) и избегать хищничества (45), а нежный студенистый зоопланктон может быть поврежден носовой волной или активностью двигателя приближающегося транспортного средства (15). Технические решения по минимизации этих эффектов включают придание транспортному средству гидродинамической формы, оснащение транспортного средства маломощными двигателями, которые вращают большие, медленно движущиеся пропеллеры, которые не направляют поток в объем изображения, минимизацию и тщательное управление тягой транспортного средства, а также придание транспортному средству почти нейтральной плавучести и расцепленияиз движений надводных судов (46).
По материалам сайта
человек и робот