The New New

Bolehkah Robot Killer Membantu Simpan Terumbu Barrier Besar?

Penyelidik di Australia menggunakan teknologi autonomi untuk memerangi perosak yang sangat sukar dibunuh

Ilustrasi: Derek Ercolano

Saya melihat satu pada pagi yang jelas, sambil berenang melalui air suam di sekitar Great Barrier Reef. Satu bintang laut yang menarik, warna cabernet dan sukan lebih daripada selusin senjata, memeluk sebelah ridge curving lembut karang. Ia kelihatan cantik dan berbahaya, dan bukan hanya kerana saya tahu duri panjang yang menutupi ia adalah lacquered dengan racun.

Makhluk ini, yang terletak menaiki bot selama dua jam dari Townsville, di luar pantai timur laut Australia, dikenali sebagai starfish mahkota-duri. Walaupun ia adalah yang pertama yang pernah saya lihat, ia jauh dari sendirian. Sejak tahun 2010, wabak mereka, yang berjumlah di dalam jutaan, telah menggunakan secara teratur Great Barrier Reef, yang mewakili satu lagi siri ancaman eksistensi kepada sistem terumbu karang yang telah cedera oleh taufan yang hebat dan lemah akibat serangan air yang sangat panas .

Bukan juga wabak pertama ini. Sejak tahun 1962, populasi mereka melonjak ke status "wabak" di karang kira-kira setiap 17 tahun, bermula dari utara Cairns dan menyebarkan selatan dalam gelombang, larva mengambang bebas yang dibawa oleh arus. Selepas menetap di karang, mereka berubah menjadi bintang-bintang kecil, tidak dapat ditemui. Mereka tidak mula makan karang sehingga mencapai sekurang-kurangnya enam bulan, sementara masih lebih kecil daripada sepeser pun.

Gambar oleh pengarang.

Tetapi dari sana, mereka mula tumbuh dan makan dengan sungguh-sungguh, tidak lama lagi menyerupai nama-nama mereka yang alkitabiah. Bintang laut menjadi tentera yang melompat di perut yang diekstrakan dari mulut mereka, mencerna lapisan hidrat nipis di bawahnya, memihak kepada karang yang semakin cepat, yang paling teruk akibat pemutihan yang disebabkan oleh peningkatan suhu laut.

Semua ini adalah cara untuk mengatakan: Jelas, makhluk ini sebelum saya perlu mati. Tetapi kedua penyelam skuba yang tugasnya untuk membunuh mahkota-duri di sepanjang terumbu ini tidak dapat dilihat. Tidak lama kemudian, penjahat yang telah berduri dan jahat telah hilang. Di sinilah robot pembunuh masuk.

Dua hari sebelum itu, saya berdiri di sebuah makmal yang terang di Brisbane, 800 batu di pantai, memegang tablet Samsung dan merancang pembunuhan yang disasarkan. Di hadapan saya adalah lima robot bawah laut, masing-masing kira-kira 2.5 kaki panjang dan lebar 1.5 kaki. Mereka berwarna kuning dan hitam, seperti tanduk, dan datang dengan sengatan untuk dipadankan: masing-masing mampu mencari dan membunuh starfish mahkota-duri tanpa intervensi manusia. "Ini adalah RangerBot," kata Matthew Dunbabin, ahli robot yang ceria dari Universiti Teknologi Queensland.

Idea untuk RangerBot bermula pada tahun 2005, ketika Dunbabin dan seorang pelajar membuat algoritma yang dapat mengenali perosak. Walaupun sistem mereka dengan betul mengenal pasti bintang laut kira-kira 67 peratus daripada masa - dianggap keadaan seni itu ketika itu - Dunbabin telah dicederakan oleh cabaran yang lebih praktikal: mekanik sebenarnya membunuh mereka.

Gambar ihsan Universiti Teknologi Queensland.

Pada masa lalu, orang telah mencuba banyak cara untuk membunuh mahkota-duri: secara manual menarik mereka dari terumbu untuk dilupuskan di darat; menyampaikan kejutan elektrik; memotong badan mereka (hanya untuk memulihkan mereka); atau menyuntik badan mereka dan ke atas 20 senjata dengan bahan kimia toksik atau berasid - kaedah yang disukai oleh sebilangan kecil penyelam yang bekerja pada masa itu untuk membendung populasi bintang ikan di tapak-tapak pelancongan yang popular.

Program Dunbabin dapat mengenali bintang laut, tetapi dia jauh daripada mempunyai teknologi untuk membunuh mereka. Nasib baik, dia tidak perlu. Pada tahun 2014, para penyelidik mendapati bahawa penyelesaian yang diperolehi daripada garam dan hempedu menyebabkan tindak balas imun yang melampau dan maut dalam mahkota-duri, mengetuk semua tetapi bintang laut terbesar dengan pukulan 10-mililiter tunggal.

"Itulah penukar permainan," kata Dunbabin. "Apabila kita mendengarnya, kita berfikir, 'Baiklah, kita dapat melihat semula ini.'"

Beliau dan rakan-rakannya mula membina pendahulu RangerBot, sebuah kenderaan autonomi seperti torpedo kuning yang dipanggil COTSbot (COTS adalah akronim untuk starfish crown-of-thorns). Dilampirkan di bawah badannya adalah lengan lipat pneumatik yang dilengkapi dengan picagari untuk menyuntikkan larutan garam empedu. Ia membawa dua liter larutan, cukup untuk 200 suntikan setiap perjalanan.

Untuk mengumpul imej untuk melatih sistem pengesanan COTSbot (dan membantu mencari sudut yang terbaik dan lokasi untuk menyampaikan suntikan), Dunbabin melekatkan kamera GoPro pada senjata suntikan penyelam yang menyikat terumbu untuk starfish. Pasukan Dunbabin kemudian memberi makan gambar-gambar ini dan lain-lain - lebih daripada 100,000 jumlah - ke dalam model pembelajaran yang mendalam, yang, dengan bantuan dari rakan sejawat Dunbabin, Feras Dayoub, belajar untuk membezakan starfish mahkota-duri yang banyak bersenjata dari, misalnya, karang staghorn.

Gambar oleh pengarang.

Membangun robot pembunuh autonomi bukan tanpa cabaran. Imej-imej dari internet, yang digunakan lebih awal dalam membangunkan penglihatan robot, sering kali dikatakan oleh Dunbabin sebagai "tembakan glamor," dengan sempurna dibingkai dan dinyalakan, dan bukannya bintang laut separuh tersembunyi di sekitar karang bahawa robot itu lebih cenderung untuk ditemui. Pada masa yang sama, pasukan robotik mahu menghindari mendapatkan peralatan yang terperangkap dalam terumbu sambil mengejar orang-orang yang tersembunyi itu dan memutuskan untuk memberi tumpuan kepada bintang laut yang mereka anggap agak mudah diakses - iaitu sekurang-kurangnya 40 peratus daripada badannya menunjukkan.

COTSbot mengembangkan keupayaan untuk mengenal pasti bintang-bintang ini dengan ketepatan 99.4 peratus dan, menurut Dunbabin, menyampaikan suntikan kepada lebih daripada 200 bintang laut dalam jangka hayat robotik dua tahun. Tetapi pada lebih daripada empat kaki dan 66 paun dan bernilai puluhan ribu dolar, COTSbot - yang juga memerlukan seorang pakar untuk beroperasi - adalah bukti konsep, bukan alat terakhir. Ia adalah masa untuk reka bentuk semula yang lengkap.

Sebab yang tepat di sebalik wabak mahkota-duri tidak jelas, tetapi beberapa faktor nampaknya bermain. Pertama, bintang laut berkembang pesat dan menghasilkan semula dengan banyaknya. Satu wanita boleh melepaskan sehingga 65 juta telur setahun. Kedua, nutrien membasuh sumber seperti ladang tebu perairan pantai banjir, menyediakan makanan yang berlimpah untuk fitoplankton yang digunakan oleh bintang laut larva. Akhirnya, orang ramai telah memakan lebih banyak pemangsa yang makan invertebrata ini, di setiap peringkat. Di bawah syarat-syarat ini, starfish mahkota-duri kelihatan berkembang. The Great Barrier Reef, kurang begitu.

Walau bagaimanapun, kerajaan Australia sepatutnya lambat membincangkan booming starfish ikan karang sehingga baru-baru ini, memandangkan prospek umum untuk karang menjadi semakin mengerikan. "Program kawalan luas kerajaan bermula pada tahun 2012, sehingga dua tahun selepas wabak ini dimulai," kata Mary Bonin, penolong pengarah program pengurusan ikan laut yang mahkota-duri untuk Great Barrier Reef Marine Park Authority, yang memimpin agensi menguruskan terumbu karang.

Gambar oleh pengarang.

Antara 2012 dan 2017, program kawalan crown-of-thorns kerajaan terdiri daripada satu kapal khusus dan tiada strategi komprehensif untuk dibicarakan. Ia beroperasi di wilayah utara, pelancong yang berat, di mana penyelam terlatih menyuntik dan membunuh bintang laut oleh beribu-ribu orang. Kerajaan menambah bot kedua pada Januari 2017 dan tahun ini akan membawa jumlahnya kepada lapan.

Diilhamkan oleh penggunaan dron terbang yang luas, Dunbabin bertanya-tanya, "Bolehkah kita membuat drone di laut?"

Baru-baru ini, agensi persekutuan dan universiti di Queensland, negeri bersempadan dengan Great Barrier Reef, telah mencipta strategi yang sangat diperlukan, untuk bagaimana membimbing program kawalan dan bagaimana memprioritaskan penyelidikan memaklumkannya. Ecologist David Westcott membantu memimpin usaha itu, seperti yang dikatakannya, "Jadi kita bukan sahaja menghabiskan berjuta-juta dolar setiap tahun membunuh sesuatu."

Cabaran utama bagi program pemusnahan ialah penyelam harus mengkaji semula terumbu yang sama di atas dan ke atas - sesuatu Bonin membandingkan dengan "merumput taman" - kerana mahkota-duri sering disembunyikan dalam mazes batu dan karang dan lebih aktif di malam. "Walaupun anda pergi ke laman web dengan banyak mahkota-duri, anda mungkin membunuh setiap orang yang anda lihat, tetapi anda tidak melihat semuanya," kata Morgan Pratchett, pakar ekologi terumbu karang yang mempelajari bintang-bintang ini. "Itu masalah besar."

Diilhamkan oleh penggunaan dron pesawat yang luas, Dunbabin bertanya-tanya, "Bolehkah kita mencipta drone laut?" Pada tahun 2016, pasukannya di universiti bersekutu dengan Yayasan Great Barrier Reef dan memohon (dan memenangi) AUD $ 750,000 dalam pembiayaan daripada Lengan dermawan Google. Melampaui gagasan robot pembunuh, mereka mencadangkan untuk membangunkan pisau tentera Swiss murah, mudah digunakan untuk pemantauan dan pengurusan terumbu karang, sesuatu yang dapat menuntun suntikan maut kepada bintang laut seperti COTSbot, tetapi juga mengendalikan tugas seperti seperti mengukur karang, mengumpul sampel air, dan memetakan lantai laut.

Dua tahun kemudian, RangerBot dilahirkan. Robot ini, kira-kira setengah saiz dan berat COTSbot dan kelapan kos, bergantung kepada tiga sistem penglihatan robot: satu untuk mengenalpasti mahkota-duri, satu untuk navigasi, dan satu untuk rakaman imej dan pengawasan. Ia "melihat" menggunakan satu kamera hadapan dan satu kamera ke bawah, masing-masing diapit oleh sepasang lampu, membuat misi malam sekarang mungkin. Melangkah dari lima hingga enam tujahan membolehkan manuver lebih baik di sekitar kompleks karang halus dan kedudukan yang lebih tepat di atas starfish - kesukaran utama untuk COTSbot, yang tidak mempunyai kawalan lateral. Sistem yang dikendalikan melalui tablet, sangat mudah digunakan, memerlukan sedikit latihan secara formal. Bateri boleh alih yang boleh misi kuasa sehingga lapan jam lama menambah lebih banyak fleksibiliti.

Gambar ihsan Universiti Teknologi Queensland.

"Kami tidak akan mengalahkan manusia dari segi ketangkasan mereka, keupayaan mereka untuk melihat di bawah karang," kata Dunbabin dari RangerBot untuk mencari dan membina keupayaan bintang-bintang, "tetapi apa yang dapat kita lakukan adalah memberikan mereka alat yang boleh membantu mereka kelas atas . "

RangerBot masih dalam peringkat percubaan, tetapi ciri-ciri ini boleh menjadikannya sesuai untuk tinjauan, menyediakan peninjauan cepat di mana bintang laut paling pekat dan membantu pasukan kawalan mengoptimumkan usaha. Pakar juga merasakan menghantar robot ke dalam perairan yang lebih dalam atau lebih berbahaya untuk mengelakkan risiko penyelam seperti tekanan tinggi, jerung, dan buaya. Sekarang, "RangerBot mungkin paling berkesan sebagai mesin pengawasan dan bukannya sebagai mesin kawalan," kata Westcott, yang akhirnya menjangka mengintegrasikannya ke dalam program pengurusan. "Ia akan menjadi masa yang panjang sebelum kita mempunyai beribu-ribu perkara ini di atas terumbu yang membunuh starfish crown-of-duri."

Pada masa ini, Dunbabin mempunyai lima robot, dengan lima lagi dalam karya. Beliau telah menerima faedah untuk permohonan yang berbeza-beza seperti pemeriksaan rumput laut dan pemeriksaan mooring. Pada bulan Oktober, beliau dan seorang kolaborator memenangi kira-kira $ 225,000 untuk projek pemulihan karang, yang akan melibatkan menyesuaikan RangerBot kepada benih yang rosak dengan larva karang.

"Saya fikir saya akan diburu oleh orang untuk membina robot pembunuh," kata Dunbabin. Sebaliknya, pengkritik menghairankan jika ia cukup membunuh.

Pihak berkuasa taman marin memerhatikan demonstrasi RangerBot penuh pada akhir Oktober, yang menurut Dunbabin akan membawa lebih banyak ciri dan aplikasi baru pada bulan-bulan akan datang. "Orang berada di bawah tanggapan bahawa perkara itu di luar sana membunuh starfish sekarang," kata Bonin, yang berharap dapat terus belajar mengenai potensinya. "Kami belum lagi di sana, tetapi teknologi itu menarik."

Pada hari yang saya habiskan snorkeling berhampiran Townsville, dua penyelam yang hanya memakan 70 bintang laut. Tetapi seorang penyelam, Warren Haydon, seorang lelaki yang kelihatan gembira berlari dari lima dekad menyelam, mengatakan usaha sama seperti baru-baru ini sebagai Januari menghasilkan sekitar 700 mahkota-duri. Mereka akan kehabisan masa dan bahan kimia untuk membunuh semua bintang laut, katanya. Ketika saya melihat karang itu, kira-kira 65 peratus karangnya rosak, kebanyakannya oleh mahkota-duri.

Dengan batu karang yang menghadapi begitu banyak ancaman, pemulihan tidak dijamin, tetapi menghapus satu ancaman dapat meningkatkan peluang mereka. "Batu karang semakin perlahan," kata Pratchett. "Tetapi saya masih berharap akan ada pemulihan."

Namun, ada yang mempersoalkan nilai menangani masalah sama sekali. Tiada siapa yang berpura-pura program pemusnahan akan mengakhiri wabak semasa, dan pemanasan global semakin besar di masa depan Great Barrier Reef. Tetapi beberapa pakar mengatakan menangani masalah bintang laut merasakan sesuatu yang mereka boleh, dan sepatutnya, lakukan. Seperti kata Pratchett, "Tidak seperti jika seseorang mati akibat kanser, anda tidak merawat jangkitan mereka."

Rohan Kilby, seperti Haydon, telah mengusir bintang laut selama dua tahun dengan syarikat pelancongan tempatan. Dia meragui robot boleh menyuntik starfish betul-betul di tempat yang betul dan membunuhnya. "Saya sangat ragu-ragu robot akan dapat melakukannya," kata Kilby. Bonin mengangkat isu yang sama.

"Saya fikir saya akan diburu oleh orang untuk membina robot pembunuh," kata Dunbabin. Sebaliknya, pengkritik menghairankan jika ia cukup membunuh.

Di atas karang, saya melihat apa yang diperlukan untuk membunuh bintang-bintang ini, yang penduduk asli akan runtuh pada suatu hari dan jika tidak ada perubahan, mulailah kitaran semula. Terapung di atas rak karang emas pucat, saya menyaksikan Haydon menstabilkan dirinya ketika dia memasukkan pistol suntikan dua kali ke dalam bintang laut biru dan merah yang gelap. The starfish yang tersendiri, lebih daripada satu kaki di seberang, tidak memberikan tindak balas yang jelas, dan saya melihat sebagai Haydon menggunakan cangkuk logam untuk menariknya dari karang dan biarkan makhluk itu jatuh perlahan hingga mati.