How a fleet of wind-powered drones is changing our understanding of the ocean | Sebastien de Halleux

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    譯者: Lilian Chiu 審譯者: Helen Chang
    我們對於其他星球的了解 比我們自己的星球還多,
    今天,我想要跟大家介紹 一種新型機器人,
    設計來協助我們 更了解我們的星球。
    它隸屬的類別 在海洋學的圈子裡稱為
    「無人水面載具」,簡稱 USV。
    它不需要燃料。
    取而代之,它靠風力來推進。
    但,它一次就可以 航行全球數個月。
    我想要和大家分享的是 我們打造它的原因,
    以及它對你們的意義。
    幾年前,我坐船航行在太平洋上,
    從舊金山到夏威夷。
    我過去十年不停歇地努力
    為數百萬使用者開發電玩遊戲,
    我想要退一步,看看整體全局,
    留給自己一些很必要的思考時間。
    我是船上的領航員,
    有天晚上,在花了很長的 時間分析氣象資料
    並繪出我們的航線圖之後,
    我到甲板上,看到美麗的日落。
    我腦中浮現了一個念頭:
    我們對於我們的海洋知道多少?
    在我視線範圍整個都是 太平洋的延伸,
    海浪讓我們的船劇烈搖動,
    不時提醒我們 未知的海洋力量有多強大。
    我們對海洋知道多少?
    我決定要找出答案。
    我很快就了解到,我們所知甚少。
    第一個原因就只是海洋太廣大了,
    覆蓋了地球 70% 的表面,
    我們知道它們會帶動 複雜的地球系統,
    比如全球天氣,這會影響到 我們的日常生活,
    有時影響還很大。
    但,那些活動大部分 都是我們看不見的。
    不論用什麼標準來看, 海洋資料都很稀少。
    回到陸地上,我已經很習慣
    使用許多感測器——
    其實,是數十億個。
    但在海上,現場資料
    稀少且昂貴。
    為什麼?因為它要仰賴 很少量的船隻和浮標。
    數量少到讓人吃驚。
    我國的海洋暨大氣總署,
    更為人熟知的簡稱 NOAA, 只有十六艘船,
    全球近海的浮標還不到兩百個。
    原因很容易理解:
    海洋是個無情的地方,
    要收集現場資料,就需要大船,
    要能夠裝載大量的燃料,
    很多船員,
    每艘船都要花上 數百萬美金的成本,
    或者,用四英里纜線 拴在海底的大型浮標
    用一組火車車輪壓住,
    部署十分危險,維護十分昂貴。
    你可能會問,那衛星呢?
    嗯,衛星很棒,
    在過去數十年間,它們讓我們 學到了好多整體的情況。
    然而,衛星的問題在於
    它們只能看穿海洋表面的一微米。
    它們的空間和時間 解析度相對比較差,
    且它們的訊號需要根據雲層覆蓋、
    陸地效應,及其他因子來做校調。
    所以,海洋裡的狀況如何?
    我們想要測量的是什麼?
    機器人又有什麼用途?
    咱們把海洋的一小塊放大來看。
    我們想要了解的關鍵之一是表面,
    因為如果你細想,
    表面是所有空氣和海洋互動的交界處。
    它是個介面,所有能量 和氣體都要流過它。
    我們的太陽會散發能量,
    海洋會將它以熱能的形式吸收,
    接著將一部分釋放到大氣當中。
    我們大氣中的氣體,如二氧化碳, 會溶解到我們的海洋中。
    事實上,全球有大約 30% 的二氧化碳被吸收。
    浮游生物和微生物 會把氧氣釋放到大氣中,
    量大到你所吸的每兩口氣 就有一口來自海洋。
    有些熱能會產生蒸發,創造出雲,
    最終導致降雨。
    壓力梯度會造成地表的風,
    讓濕氣透過大氣來移動。
    有些熱能向下發散到海洋深處,
    儲存在不同層,
    海洋就像是地球規模的鍋爐, 將所有那些能量儲存起來,
    後續可能會透過 短期事件來釋放,如颶風,
    或長期現象,如聖嬰現象。
    垂直向上湧出的氣流 可能會將各層混合,
    還有水平的氣流,對於將熱能
    從熱帶傳送到極地, 扮演了關鍵角色。
    當然,還有海洋生物,
    佔據了地球上體積 最大的生態系統,
    從微生物,到魚類, 到海洋哺乳類動物,
    如海豹(seal)、海豚,和鯨魚。
    但,這些大部分是我們看不見的。
    大規模研究這些
    海洋變量的挑戰是能量,
    將感測器部署到海洋深處的能量。
    當然,已經有許多 解決方案被嘗試過——
    從浪流驅動裝置, 到衛星追蹤浮球,
    到太陽能電子裝置——
    每一種都有它要妥協的地方。
    我們團隊的突破,來自 一個很不可能的來源——
    追求打破陸上風帆 速度的世界記錄。
    在十年的研究和開發之後,
    才出現了一種新穎的機翼概念,
    只用三瓦特的電力就可以控制,
    但似乎可以非常自主地
    將載具推進到全世界各地。
    我們把這種機翼概念 用到海洋載具上,
    創造出了海洋無人機。
    它們比看起來的還要大。
    它們有約十五英尺高, 二十三英尺長,七英尺深。
    把它們想成是地表衛星。
    它們裝滿了一大堆 科學等級的感測器,
    用來測量各種變數,
    包括海洋學變數和大氣變數,
    還有現場的衛星連結傳輸, 將這些高解析度的資料
    即時回傳到岸上。
    過去幾年,我們的團隊 一直很努力,
    在地球上一些最艱鉅的 海洋條件下執行任務,
    從北極圈到熱帶太平洋。
    我們曾經一路航行到極地冰架。
    我們曾經航行到大西洋颶風中。
    我們曾經繞過合恩角,
    我們曾經在墨西哥灣的 石油井間迂迴前進。
    這是個很強悍的機器人。
    讓我跟各位分享我們近期
    在普里比洛夫群島做了什麼。
    這是一小群島嶼, 在寒冷的白令海深處,
    位在美國和俄國之間。
    白令海是狹鱈的家,
    狹鱈是一種白色鱒魚, 你們可能不認得,
    但如果你們喜歡吃魚條或魚肉醬, 很可能就有嚐過牠。
    是的,魚肉醬看起來像蟹肉, 但其實是狹鱈。
    而狹鱈漁業是美國最大的漁業,
    在價值上和產量上都是最大的——
    每年會捕獲大約三十一億磅的魚。
    在過去幾年,一支海洋無人機機隊
    在白令海努力工作著,
    目標是要協助評估 狹鱈魚群到底有多大。
    這資訊能協助改善 用來管理漁業的配額系統,
    並協助預防這種魚群大量減少,
    保護這個脆弱的生態系統。
    無人機利用聲學來調查魚場,
    也就是聲納。
    它會向下發出聲波,
    接著反射,碰到海床或魚群時,
    聲波會產生回聲,
    讓我們知道在海面底下的狀況。
    我們的海洋無人機其實很擅長 做這種重覆性的工作任務,
    它們一天到晚 在白令海分區辛勤工作。
    普里比洛夫群島
    也是許多海狗(fur seal)的家。
    在五〇年代,這個聚居地 約有兩百萬隻海狗。
    感傷的是,近期數量已快速下降,
    只剩下不到一半,
    且數量還在持續快速減少。
    所以,為了了解原因,
    我們在國家海洋哺乳類動物 實驗室的科學夥伴
    在一些海狗媽媽的身上 裝上了 GPS 追蹤器,
    黏在牠們的毛皮上。
    這種追蹤器會測量地點和深度,
    還配有一個很酷的小攝影機,
    只要突然加速就會啟動它。
    這段影片來自一隻優美下潛的海狗,
    讓我們能看到北極圈 深處的水下狩獵,
    這是前所未有的,
    這張照片是被捕食的狹鱈,
    幾秒鐘後牠就被吃掉了。
    即使對機器人來說, 在北極圈工作也是很艱苦的。
    它們得要在八月雪暴中存活下來,
    還會受到旁觀者的干涉——
    那隻斑海豹(spotted seal) 很享受搭便車。
    (笑聲)
    海狗追蹤器記錄了
    當季超過二十萬次潛水,
    靠近一點看,
    我們可以看到每隻海狗的 個別軌跡和重覆的下潛。
    我們正在譯解,來探究
    那掠食之地上到底有什麼狀況,
    它非常漂亮。
    一旦你把無人機收集的 聲學資料疊上去,
    就會有一張影像浮現。
    當海狗離開島嶼,
    從左向右游時,
    可以觀察到牠們下潛的深度 相對比較淺,大約二十公尺,
    無人機辨識出在這個深度 有小型年輕的狹鱈,
    含熱量低。
    接著,海狗會游比較遠的距離, 開始潛得比較深,
    根據無人機的資訊,牠們 前往的地方有比較大的成年狹鱈,
    是比較有營養的魚類。
    不幸的是,海狗媽媽 為了游這額外的距離
    而消耗的熱量,
    導致牠們沒有足夠的能量 回去給島嶼上的小海狗餵奶,
    造成族群數量下降。
    此外,無人機發現,
    島嶼附近的水溫
    明顯變暖了。
    可能就是這股力量 在驅使狹鱈北移,
    並散開來尋找比較冷的區域。
    資料分析還在進行中,
    但我們已經可以看到海狗之謎
    已經有些拼圖片漸漸變清晰了。
    但,如果你回頭看看整體,
    我們也是哺乳類動物。
    事實上,海洋每年為每個人 提供高達二十公斤的魚類。
    當我們不斷消耗魚群,我們人類 能從海狗的故事裡學到什麼?
    除了魚類之外,海洋每天 也影響著我們所有人,
    因為海洋會帶動全球天氣系統, 影響比如全球農業產出,
    或可能透過颶風、 極度高溫,和洪水,
    造成生命的嚴重損失和貧困。
    我們的海洋還有太多未被 探索之處,也沒有足夠的採樣,
    現今,我們對於其他星球的了解 仍然多於我們的星球。
    但,如果把廣大的海洋 切割成 6x6 度的正方形,
    每一塊大約四百英里長,
    你就會得到大約 一千個這種正方形。
    所以,我們和合作夥伴 一點一點來努力,
    我們在每一個格中 部署一台海洋無人機,
    希望能夠涵蓋整個地球,
    讓我們更深入了解
    那些會影響人類的地球系統。
    我們開始用機器人 來研究我們太陽系中
    遙遠的世界已經有一段時間了。
    該是量化我們星球的時候了。
    因為我們無法修復 我們無法測量的東西,
    且我們無法準備我們未知的東西。
    謝謝。
    (掌聲)
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