这 英国南极调查局 称自动驾驶汽车正在“改变极地科学”
一个机器人正在南极海冰下巡航。另一个用螺栓固定在正在崩塌的格陵兰冰川上。第三个人正在偏远的、被风吹过的海滩上默默地数着企鹅。
它们附近都没有人类操作员。
在北极和南极地区，自主机器人正在改变科学家探索世界上一些最偏远和最荒凉环境的方式。
它们在水下、海面和空中工作，需要花费数周甚至数月的时间来收集数据，通常是在那些太危险、太昂贵或人们根本无法到达的地方。
自动驾驶汽车的使用越来越多，使研究人员能够监测冰川、海洋、野生动物和气候过程，其规模在十年前还是难以想象的。
Alex Brearley 博士，海洋学家 英国南极调查局 （BAS）是利用该技术的科学家之一。
“能够在剑桥拿出我的手机并向在数千英里外的南极洲执行任务的滑翔机发送命令，这真的很酷。”
布雷尔利管理着几架在南极半岛罗瑟拉研究站附近的莱德湾运行的自主水下滑翔机。
这些鱼雷形状的车辆不依赖发动机或螺旋桨，而是改变浮力，在水中缓慢滑行，定期浮出水面获取 GPS 位置、传输数据并接收新指令。仔细的电源管理使它们能够在海上停留数月。
滑翔机监测冰川崩解入海如何产生强大的波浪，通过水柱混合热量和营养物质，同时将碳输送到更深的水域。
这种被称为“内部海啸”的现象首先是在一艘研究船上发现的。自主滑翔机现在可以提供更长、更详细的观察。
“滑翔机后来出现，是为了以更高的分辨率观察同类过程，”布雷尔利说。 “这通常是为了让船只能够长期执行任务，而这是一艘船不花费大量资金就无法完成的。”
机器人到达人类无法到达的地方
自主系统如此广泛采用的原因之一是它们可以在会给人们带来不可接受的风险的环境中工作。
BAS 的 GIANT（格陵兰冰盖到大西洋临界点）项目就是一个很好的例子，该项目正在研究温暖的海水如何融化格陵兰岛的冰川。
该项目结合了九个自主系统，包括名为 Boaty McBoatface 的黄色自主潜艇。
其中最不寻常的是 Meltstake，这是一个自动化科学平台，旨在将自身直接附着在冰川表面。
Meltstake 由一艘自主船运送并由远程操作的水下航行器定位，将自己拧入水线以下 100 至 200 米的冰川壁上，并随着冰融化而逐渐前进。
它配备了摄像机、水听器和声学仪器，从人类科学家无法安全占据的位置连续测量海水和冰川之间的相互作用。
该系统正在帮助研究人员调查为什么现有的气候模型似乎低估了冰川融化。
俄勒冈州立大学的艾琳·佩蒂特教授认为，冰川本身发挥着比之前理解的更积极的作用。
“它充满了微小的加压气泡，当它们被释放到水中时，它们会发出嘶嘶声并破裂。当气泡弹出时，它们会扰乱流体的边界层，”佩蒂特解释道。 “这会产生混乱的搅动，产生更多的能量，然后反馈回来使冰更快地融化。”
千里之外观赏野生动物
自主航空系统也在改变野生动物监测。
在南奥克尼群岛的西尼岛上，BAS 海鸟生物学家诺曼·拉特克利夫博士部署了一架“盒子里的无人机”，该无人机永久驻扎在南极洲。
无人机位于一个保护性对接站内，在执行任务之间进行充电，然后再对企鹅群进行预先编程的调查。
剑桥的科学家可以全年远程安排航班，即使岛上没有研究人员，他们也可以监控繁殖活动。
拉特克利夫说：“如果我们能够在剑桥安全地进行试验，那么我们几乎可以在一年中的任何时间进行调查，而不管我们在站的人员配备如何。” “就执行重复性调查任务而言，这是一种非常有效的方法，特别是在缺乏人员或训练有素的飞行员的情况下。”
该系统最终可以将监测范围扩大到更偏远的企鹅栖息地，这些企鹅栖息地几十年来都没有进行过详细调查。
自主水面舰艇正在海上提供类似的长期观测。
BAS 生物海洋学家 Sophie Fielding 博士使用两米长的帆浮标监测南乔治亚岛周围的南极磷虾。
这艘小型自主船由风能和太阳能提供动力，携带回声测深仪，能够探测水面以下数百米的磷虾，同时通过卫星传回数据。
与研究船不同，Sailbuoy 可以在海上停留数月，同时几乎不产生碳排放。
“对于像 Sailbuoy 这样的低复杂性平台，您可能需要部署成群的 Sailbuoy 来追逐成群的磷虾，”菲尔丁说。
小无人机，大发现
固定翼无人机也成为极地科学家的重要工具。
轻型 eBee X 无人机可以装在背包中携带到现场，然后手动发射以进行持续长达 90 分钟的完全自主测量飞行。
在南乔治亚岛，BAS 研究人员已被授权将无人机飞到视线之外，从而使他们能够调查分布在偏远海岸线上的野生动物栖息地。
BAS 地球信息学负责人内森·芬尼 (Nathan Fenney) 表示，这种方法极大地扩大了科学家可以研究的领域。
“传统的小型无人机操作通常在所谓的‘视线’ (VLOS) 范围内进行，这要求无人机在飞行过程中与飞行员保持在 500 m 左右的范围内，”芬尼说。
“通过使用 eBee X 等平台进行‘超视距’ (BVLOS) 操作，我们能够勘察更大的区域（可能超过几公里），以及勘察无法通过陆路到达的目标，这使我们能够最有利地捕捉南乔治亚州最大和更偏远的野生动物栖息地。”
由此产生的图像使科学家能够开发出使用三维地形模型而不是单张照片来计数野生动物的新方法。
这些调查证实，南乔治亚岛最大的王企鹅栖息地之一的繁殖数量已超过 132,000 对，同时还显示，禽流感爆发后，南象海豹数量大幅减少。
更大的无人机取代飞机
更大的自主飞机也开始改变南极的地质情况。
Windracers ULTRA无人机翼展10米，有效载荷可达60公斤，在无人驾驶的情况下飞行距离接近1000公里。
对于 BAS 地质学家 Tom Jordan 博士来说，这意味着曾经需要载人飞机进行的地质调查现在可以越来越多地实现自主执行。
该无人机携带雷达、磁力计和重力计等仪器，用于调查隐藏在南极洲冰盖下的岩层。
“多年来，仪器太重，无人机太小。现在，界限已经交叉——传感器足够轻，无人机也足够强大，将它们用于严肃的南极科学终于有意义了，”乔丹解释道。
“通过将我们的调查转移到无人机上，我们可以用一小部分燃料和物流来完成同样的科学研究。一架大型飞机不需要 200 桶燃料，我们可能只需要 20 桶燃料就可以建造一架 Windracer。
“使用无人机进行测量还可以让我们的双水獭飞机腾出时间来支持现场团队的其他关键工作，或使用更大的传感器进行测量，从而充分利用我们的所有资产。”
机器人支持而不是取代科学家
尽管自主系统发展迅速，BAS 研究人员并不认为机器人会取代科学家。
相反，他们认为它们填补了从太空观测地球的卫星与直接在该领域工作的研究人员之间的空白。
BAS 科学主任 Petra Heil 教授认为，人工智能在协调这些不同信息源方面将变得越来越重要。
“人工智能可以向我们展示我们的科学在哪里是盲目的。它可以将卫星、模型和过去的测量结果结合起来，以突出不确定性的热点。你需要人工智能来管理数据，确定发送平台的目标，并随着环境和技术的变化不断重塑任务。”
即便如此，仍有一些任务是机器人无法执行的。
正如拉特克利夫所指出的：“据我所知，没有任何无人机能够捕捉企鹅、称重企鹅并给企鹅贴上标签；或者收集它们的粪便来查看它们吃了什么。”
主图片：在南极洲谢尔顿冰川附近部署的斯洛克姆滑翔机（图片来源：Athena Dinar）。
资料来源：英国南极调查局。全文 这里.