Interdisciplinary Investigation of a New Hydrothermal Vent Field

Mejores Datos, Mayores Retos

Nov. 12 2018

La actual expedición a bordo del Falkor tiene dos objetivos simultáneos: desarrollar nuevas formas de mapear y crear imágenes del fondo marino y hacer que esos mapas estén disponibles lo más rápido posible para que podamos respaldar los estudios científicos que estamos realizando en el mar. Para hacerlo, el equipo a bordo está aplicando robótica submarina para aprovechar la capacidad de los vehículos operados a distancia para la exploración y muestreo interactivos. Sin embargo, a medida que la calidad de los datos aumenta, y cada medición produce un archivo más pesado, mantenerse al día con los datos se está convirtiendo en el próximo desafío.

Los científicos, los ingenieros, la tripulación y los pilotos de ROV han estado trabajando 24 horas al día para optimizar el uso de un nuevo sistema de mapeo: el Sistema de Mapeo de Baja Altitud, que ha sido instalado en el ROV SuBastian.

Los científicos, los ingenieros, la tripulación y los pilotos de ROV han estado trabajando en el Sistema de Mapeo de Baja Altitud, que ha sido instalado en el ROV SuBastian.SOI / Monika Naranjo Gonzalez

Este nuevo sistema de exploración combina tres tipos diferentes de sensores. En primer lugar, un sonar multihaz como el que se usa en AUV, con la diferencia de la altitud a la que opera cada robot. El AUV vuela a cincuenta metros de altitud y produce imágenes de una resolución de escala de un metro. El ROV vuela justo por encima del fondo marino a una altura de tres metros, más cerca del suelo, produciendo imágenes con una mejor resolución, unos cinco centímetros.

En segundo lugar, el sistema de mapeo de baja altitud ha sido equipado con dos cámaras estéreo con sus correspondientes luces estroboscópicas. Cuando SuBastian vuela sobre el fondo marino, toma fotos a color cada dos segundos. “Tenemos una imagen de la mano izquierda y la mano derecha que luego podemos convertir en un mosaico para crear imágenes de alta resolución e imágenes completamente tridimensionales”, explica Hans Thomas, líder del grupo AUV en MBARI.

El tercer sensor es nuevo para el equipo y es un prototipo: un Lidar (Detección de luz y rango) o un escáner láser de tiempo de vuelo. El láser es una caja que envía pulsos de luz y mide el tiempo que tarda la luz en rebotar mientras un espejo escanea 27 grados a cada lado del origen del láser. “Piense en ello como una de esas paletas con una pelota conectada a través de una banda elástica. Esa paleta con la pelota es como nuestro láser, y la muñeca es como el espejo”, explica Thomas. “Si envías tu bola hacia afuera y estás midiendo cuánto se estira la cuerda a medida que gira la muñeca, eso es lo que está haciendo el lidar. Excepto que el lidar lo está haciendo 40000 veces por segundo, y tu muñeca no puede moverse tan rápido “.

ROV SuBastian ha sido equipado con el sistema de mapeo de baja altitud.SOI / Monika Naranjo Gonzalez

Compensar constantemente
Cada sensor en el sistema de mapeo de baja altitud complementa a los otros. El sonar puede ver a través de agua turbia, pero los sistemas ópticos del láser y las cámaras no pueden. “Para mantener la altura sobre el fondo mientras maniobramos el ROV, tenemos que usar sus propulsores y ese empuje puede agitar una gran cantidad de sedimentos” comparte Thomas “y cuando ese sedimento se suspende en el agua, ni las cámaras ni el sistema lidar pueden ver el fondo marino”. El sonar proporciona un método de respaldo para detectar las características geológicas del fondo marino.

Aunque el sonido, el medio utilizado por el sonar, viaja muy bien en el agua, tiene una longitud de onda mucho más larga por lo que los ingenieros solo pueden enfocar esa onda de sonido hasta cierto punto. La divergencia del sonido es de aproximadamente medio grado de resolución. En contraste, el haz de luz del lidar puede reducirse a una resolución de centésimas de grados. El camino del láser no es una línea recta, se extiende en forma cónica. La luz puede enfocarse mucho más estrechamente que el sonido. Pero, nuevamente, con el sonido se gana calidad de transmisión a través del agua. El sonido viaja a través del agua mucho más lejos que la luz, con el sonar a bordo de SuBastian, el equipo puede ver objetos a casi 200 metros de distancia, a diferencia del láser que puede detectar objetos a un máximo de 25 metros.

 

El sistema Lidar escanea el fondo marino y toma aproximadamente 240 muestras por segundo.MBARI

Y aún más
“Es bastante difícil lograr que todos estos sistemas trabajen juntos para recopilar los datos que intentamos obtener. El primer desafío en la Cuenca de Pescadero es que estamos muestreando en el océano”, dice David Caress, ingeniero principal para el mapeo de fondos marinos en MBARI. “Y el océano es agua salada y es difícil hacer que los dispositivos electrónicos funcionen en agua salada. Más significativamente, estas chimeneas son profundas, están ubicadas a más de 3600 metros de profundidad y solo unos pocos sistemas robóticos pueden sobrevivir a esa profundidad”.

Las dificultades planteadas por el entorno de trabajo del robot son una cosa; dar sentido a los datos recogidos por los robots es otra. El equipo necesita saber con absoluta precisión dónde estaba el robot, a qué velocidad se movía, su inclinación, su profundidad y su orientación en el momento en que tomó todas las medidas. “Agrega a eso la complejidad de que ni la luz ni el sonido viajan en línea recta en el agua, por lo que tenemos que realizar un proceso muy complejo y ajustar de acuerdo a las propiedades del agua de mar”, explica Thomas.

“Hay un verdadero desafío en mantenerse al día con los datos que recopilamos ahora” refleja David Caress “. Seguimos almacenando más y mejores datos todo el tiempo. Hace diez años, una sola misión produciría unos 400 Gb de datos, ahora es un terabyte. Con el sistema de mapeo de baja altitud, se trata de un terabyte por día “. El haz múltiple emite cinco veces por segundo y produce mil buenos sondeos por segundo. El lidar produce alrededor de 240 muestras por segundo.

Los expertos a bordo están diseñando tecnología, y la tecnología ha llegado al rescate. “Una de las cosas muy interesantes para mí sobre este barco es su sistema de computación de alto rendimiento”, explica Caress. “Es significativamente mejor que la que tengo en MBARI, y realmente vamos a utilizarla”.

¡A conseguir más datos! Hans Thomas busca el AUV que acaba de salir a la superficie, mientras que el Primer a Bordo Jason Garwood informa al puente del Falkor.


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