Zmiany klimatu, zanieczyszczenia, masowa turystyka i gatunki inwazyjne sieją spustoszenie na dużych obszarach laguny, takich jak Wenecja. W finansowanym przez UE projekcie wykorzystano rój autonomicznych robotów, by monitorować i łagodzić wpływ tych zmian na środowisko wodne. Dzięki niemu badacze mogą zebrać jednocześnie wiele danych z różnych miejsc, co pomoże w walce ze skutkami zmian klimatu.


Image

© adisa #316843808, source:inventory.adobe.com 2020

Wenecja kojarzy się z kanałami. Podczas kolejnych romantycznych podróży gondolą po „La Serenissima” można będzie dostrzec pływające roboty. W ramach finansowanego ze środków UE projektu subCULTron zespół naukowców wypuścił rój ponad a hundred and twenty robotów wodnych na lagunę wenecką.

Brzmi to jak scena z filmu science fiction, ale te autonomiczne roboty odgrywają istotną rolę w działaniach miasta na rzecz łagodzenia skutków zmian klimatu i zanieczyszczenia środowiska.

„Zmiany klimatu, zanieczyszczenie, masowa turystyka, gatunki inwazyjne – to tylko niektóre z wielkich wyzwań, przed którymi stoi laguna wenecka”, mówi Ronald Thenius, badacz z Uniwersytetu w Grazu w Austrii i członek zespołu subCULTron. „Nowe wyzwania wymagają nowych rozwiązań, a dla nas najskuteczniejszym sposobem na rozwiązanie tych problemów jest użycie robotów”.

Rój podwodnych robotów

Celem projektu było opracowanie nowoczesnego narzędzia do monitorowania podwodnego środowiska dużych obszarów laguny, takich jak w Wenecji. W odróżnieniu od tradycyjnych systemów monitoringu method subCULTron ma zapewnić monitoring rozproszony przestrzennie. Oznacza to zbieranie pomiarów z różnych miejsc jednocześnie i przez bardzo długi czas. Dlatego naukowcy postawili na dużą grupę, czyli rój, stosunkowo małych i tanich robotów.

„To podejście różni się od powszechnej praktyki używania jednego dużego, a tym samym drogiego robota”, mówi Thenius. „Nasze podejście pozwala nam na wykonywanie wielu pomiarów w tym samym czasie i z różnych miejsc oraz pozwala rojowi robotów działać autonomicznie i w sposób zdecentralizowany”.

Według badacza ta właśnie unikalna, samoorganizująca się struktura pozwala robotom nie tylko wykonywać pomiary, ale też reagować na ich wyniki. Jeśli method stwierdzi, że dany pomiar nie jest już potrzebny, może automatycznie przemieścić część roju w bardziej interesujące miejsce lub zmienić częstotliwość próbkowania w różnych obszarach.

Roboty jak omułki, ryby i liście lilii

Process subCULTron składa się z trzech różnych typów robotów – aMussels, aFish i aPads, przypominających odpowiednio omułki, ryby i liście lilii. „Roboty aMussels służą jako zbiorowa pamięć długotrwała systemu, pozwalając, aby informacje nie znikały po ustaniu działania innych typów robotów”, wyjaśnia Thenius. „Podobne do omułek roboty monitorują naturalne siedliska ryb w lagunie, w tym czynniki biologiczne, takie jak występujące tam algi i bakterie”.

Z kolei roboty aPad pływają na powierzchni wody jak liście lilii. Roboty te służą jako interfejs systemu ze społeczeństwem ludzkim, dostarczając rojowi energię i informacje ze świata zewnętrznego. Pomiędzy tymi dwoma warstwami pływają roboty aFish – sztuczne ryby pływające w wodzie, które monitorują i badają środowisko oraz przesyłają zebrane informacje do omułków i liści lilii.

„Jak tylko rój »zdecyduje«, że dane miejsce powinno być dokładniej zbadane, kilka aMussels wypływa na powierzchnię, a roboty aPad transportują je do nowego miejsca”, komentuje Thenius. „W 10 sposób rój może poruszać się po lagunie i badać różne zjawiska całkowicie autonomicznie”.

Napędzane błotem

Oprócz samych robotów kolejnym ważnym rezultatem projektu jest innowacyjny sposób zasilania robotów – błoto. „Największy przełom to weryfikacja poprawności projektu, w który, autonomiczny robotic może pracować z użyciem samych mikrobiologicznych ogniw paliwowych (ang. microbial gasoline cells, MFC)”, mówi Thenius.

MFC jest systemem bioelektrochemicznym, który wytwarza prąd elektryczny przy użyciu bakterii i wysokoenergetycznego utleniacza, takiego jak tlen znajdujący się w błocie na dnie laguny.

„Chociaż technologia ta była już wcześniej testowana w laboratoriach, w projekcie subCULTron po raz pierwszy wykazano, że może być stosowana w terenie przez autonomiczną robotykę”, podsumowuje Thenius. „Ten przełom otwiera drzwi do szeregu nowych, ekscytujących technologii i innowacji!”.