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挪威科技大学(NTNU)开发的一种未覆盖的水面交通工具(USV),无覆盖的水面交通工具使研究海洋变得简单且经济实惠,中国机械网,okmao.com
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挪威科技大学(NTNU)开发的一种未覆盖的水面交通工具(USV),无覆盖的水面交通工具使研究海洋变得简单且经济实惠
2022年08月07日    新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

“Pamela”是挪威科技大学(NTNU)开发的一种未覆盖的水面交通工具(USV),用于对各种地表水颗粒进行采样,从微塑料到浮游生物到鲑鱼虱子。USV是一个跨学科团队的共同努力鈥擜生物系博士候选人Andrea Faltynkova和工程控制论系博士后Artur Zolich。

Faltynkova在海洋中研究微塑料中国机械网okmao.com。微塑料是小于5毫米的塑料碎片,大约是铅笔末端的大小。虽然研究人员知道微塑料会对海洋或淡水生物产生负面影响,但对它们如何影响人类健康知之甚少。但她说,由于这种物质本身的性质,研究微塑料是一项挑战。


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“微塑料是如此的不均匀。它是一组非常大、多样的颗粒。不仅如此,它们的分布也非常不均匀。微塑料不像其他溶解的污染物,即使在少量的水或土壤中也能被检测到。如果你从海中取出一公升,但其中没有塑料,你能得出结论,海洋中没有塑料吗?”她问道。

“人们乘船出去采样几次,然后试图根据他们采集到的塑料量得出结论。但我们真的不知道这个估计有多好。”这就是为什么这种比机器人吸尘器稍大的车辆在微塑料采样方面是一个特别受欢迎的进步。

简单和快速

Faltynkova的主要研究项目是采用和开发一种称为高光谱成像的技术来识别和计数微塑料。高光谱成像是20世纪80年代中期开发的一项技术,用于从飞机或太空研究地球。它现在被广泛应用于从研究水下沉船到识别不同的人体组织类型的一切领域。

这种类型的成像也被回收行业用于分离塑料,使其成为研究微塑料的完美工具。

这种新方法强调简单和快速;Faltynkova所要做的就是用高光谱相机拍摄她的样本。其余的工作由她为处理图像而建立的计算机模型完成。NTNU的IDUN计算集群允许她快速处理大量数据,以确定样品中收集了哪些类型的塑料。

但是还有一个问题,那就是从海洋中收集足够的样本,这样她就可以对自己的发现说些有意义的话。

进入帕梅拉。

快速分析与快速采样的耦合

大多数微塑料取样需要在船后以非常慢的速度拖网,这既昂贵又耗时。

Faltynkova使用高光谱相机从她的样品中快速有效地分类不同类型的塑料,这意味着她可以研究很多样品。Pamela的低成本和独立工作能力意味着Faltynkova可以使用它快速采集多个样本。

她说:“我试图做的是启用快速分析(高光谱成像),同时使用一种允许快速采样的方法。”。“这一切将真正提高我们有效绘制和监测塑料污染的整体能力。”

发明这种机器人的佐利奇说,帕梅拉有两个巨大的橙色浮标,就像流行电视连续剧《Baywatch》中的浮标一样,它可以沿着预先设定的路线行驶,而无需研究人员跟随或监督车辆工作。

Faltynkova和Zolich的合作由NTNU生物学家Geir Johnsen发起,并得到了工程控制论系的Tor Arne Johansen的支持。约翰森和约翰森都是自主海洋操作和系统中心(AMOS)的关键科学家。

问题解决与创新

“我喜欢建造解决问题的东西,”佐里奇说,他在这个行业工作了几年,然后回到学术界攻读博士学位,然后成为博士后。

在这种情况下,要解决的问题是帮助Faltynkova进行微塑料采样。

Pamela是围绕现实生活中的用户需求设计的,并根据早期采用者的反馈不断发展。其先进的系统架构尽可能使用价格合理的消费级商用现货(COTS)组件,并为定制零件使用快速原型组件。这种组合使机器人使用方便,易于改进。

“这辆车非常模块化,”佐里奇说。“它可以在许多方面变得专业化。我设想它会根据研究人员想要的样本变得更加专业化。”

该车的其他优点之一是,它可以独立于船或岸上运行,这意味着没有船尾流影响其采集水样的能力。帕梅拉很容易被前往偏远地区的研究人员使用。它适合托运行李,电池可以在飞机上携带,因此研究人员不必担心提前运送采样器。

该机器人由NTNU技术转让办公室提供20万挪威克朗的发现创新赠款开发。在过去的6个月里,佐利奇和法尔蒂恩科娃与TTO的一个团队合作,调查USV的市场潜力、知识产权问题、机器人设计和未来的商业战略。

多样化的应用和国际兴趣

当Faltynkova的海洋生物学同事看到Pamela时,他们立即开始问它是否能适应他们的工作。她使用机器人车辆拖曳一种生物学家常用的网,称为浮游生物网,用于收集微塑料表面水样。

“仅仅通过与同事的交谈,他们就想,‘嘿,我也使用浮游生物网。我可以用它来采集鲑鱼虱子吗?我可以用来采集浮游植物吗?我能用它采集浮游动物吗?’这是我们没有真正预料到的事情之一,”她说。

在第九届挪威环境毒理学研讨会和在希腊雅典为微塑料研究人员举办的研讨会上,该机器人已正式向广大观众展示。国际组织也与研究人员取得了联系,包括荷兰非政府组织海洋清理组织和加利福尼亚州水资源委员会。

作为NTNU和挪威自然研究所研究人员进行的一项更大规模研究的一部分,帕梅拉目前正在测试鲑鱼虱子样本。包括Bengt Finstad教授和博士候选人Nathan Mertz在内的研究人员开发了一种被动采样器,用于观察鲑鱼虱子幼虫的浓度鈥攚这是它们传播最广的阶段。佐利奇改变了帕梅拉岛上采样网的位置,这样它也可以对鲑鱼虱子进行采样。它现在正与被动采样器一起进行测试。

佐里奇说:“我们发现,我们的机器人可以通过更多的样本大大降低实地工作的采样成本,提高研究质量。”。“我们非常愿意扩大我们的合作网络,并积极寻找愿意在工作中试用我们的机器人的研究人员和机构。”

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