Denizdeki oşinografi araştırmalarına yönelik altyapı, eğitim ve fiziksel yetenek gereklilikleri nedeniyle erişim engelleri nedeniyle derin okyanusun bilimsel keşfi çoğu insan için büyük ölçüde erişilemez durumda kaldı.
Artık oşinografik araştırmalara yönelik yeni ve yenilikçi bir çerçeve, kıyıdaki bilim insanlarına, yurttaş bilim insanlarına ve genel kamuoyuna robotik numune alma süreçlerini sorunsuz bir şekilde gözlemleme ve kontrol etme yolu sağlıyor.
Uzaktan İş birliği için Paylaşılan Özerklik (SHARC) çerçevesi, uzaktan kumandalı araçlar (ROV'ler) gibi "uzaktan katılımcıların gemi operasyonlarını yürütmelerine ve robotik manipülatörleri kontrol etmelerine" olanak tanır; "sadece temel bir internet bağlantısı ve tüketici sınıfı donanım kullanarak" Science Robotics dergisindeki bir makaleye göre, " uzaktan kumandada ortak özerklik yoluyla derin denizin bilimsel keşfinin geliştirilmesi." Çerçeve, Woods Hole Oşinografi Enstitüsü (WHOI), Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ve Chicago'daki Toyota Teknoloji Enstitüsü'nden (TTIC) bir araştırma ekibi tarafından geliştirildi.
SHARC çerçevesi, sezgisel üç boyutlu bir çalışma alanı temsilinde sanal gerçeklik gözlükleri takarken basit konuşma ve el hareketleriyle hedefe yönelik komutlar verebilen birden fazla uzak operatör arasında gerçek zamanlı iş birliğine olanak tanır.
Ortak yazar Richard, SHARC aracılığıyla, "ister sınıftaki çocuklar olsun ister lojistik veya fiziksel gereksinimler nedeniyle bir gemide bulunamayan kişiler olsun, derin deniz araştırmalarının operasyonel yönlerini vatandaş bilim insanlarına açabiliriz" dedi. Projenin baş araştırmacısı ve WHOI'nin Uygulamalı Okyanus Fiziği ve Mühendisliği Bölümü'nden bilim insanı olan Camilli. "Vatandaş bilim insanları, ROV'un robotik manipülatör koluyla sanal bir dünyada etkileşime girebilir; bu, Star Trek'teki Federasyon yıldız gemilerinde kullanılan bilim kurgu 'hologüverte' holografik sistemine bir nevi benzer."
SHARC'ın sağladığı insan-robot etkileşimi (bazen paylaşılan özerklik olarak da anılır), tamamlayıcı güçlere dayalı olarak robot ile insan operatör arasındaki sorumlulukları dağıtır. Örneğin robot kinematik, hareket planlama, engellerden kaçınma ve diğer düşük seviyeli görevleri yerine getirebilirken, insan operatörler üst düzey sahneyi anlama, hedef seçimi ve görev düzeyinde planlama sorumluluğunu üstleniyor. Ayrıca SHARC sıralı çalışma yerine paralel çalışmaya olanak tanır.
Camilli, "Robotun amacını veriyoruz ve o da bir çözüm buluyor" dedi. "İnsanlar ve robot birlikte iş birliği yapabilir; böylece bir sonraki şeyi yapmak için bir şeyin olmasını beklemiyoruz. Robotik kol bir görevi yerine getirirken biz de bir sonraki hedefe odaklanabiliyoruz."
Eylül 2021'de, Kovid salgınının en yoğun yaşandığı dönemde bilim insanları SHARC'ı başarıyla test etti. Doğu Pasifik Okyanusu'ndaki San Pedro Havzası'ndaki bir oşinografik keşif gezisi sırasında SHARC ekip üyeleri, SHARC'ın sanal gerçeklik ve masaüstü arayüzlerini kullanarak WHOI'nin Buz Altındaki Nereid (NUI) hibrit ROV'sini binlerce kilometre uzaktan çalıştırdı. Fiziksel olarak Chicago, Boston ve Woods Hole'da bulunan ekip üyeleri, iş birliği içinde fiziksel bir itme çekirdeği örneği topladı ve 1000 metreyi aşan su derinliklerinde deniz tabanı mikrobiyal matları ve çökeltilerin yerinde X-ışını floresans ölçümlerini kaydetti.
MIT-WHOI Oşinografi/Uygulamalı Okyanus Bilimi ve Mühendisliği Ortak Programı, yüksek lisans programı öğrencisi olan baş yazar Amy Phung, "Bu makale, ortak özerkliğin derin denizlere erişimi demokratikleştirmeye yardımcı olma potansiyelini gerçekten vurguluyor" dedi. Phung, SHARC'ın 2021 testi sırasında NUI aracını çalıştıran bilim adamlarından biriydi. "SHARC sayesinde kıyı ekibimiz, özel bir donanıma veya kapsamlı bir ön eğitime ihtiyaç duymadan 4000 kilometreden fazla mesafeden deniz tabanı örnekleri toplayabildi. Gelecekte, robotik ve otonomi araştırmalarındaki daha fazla ilerlemenin, bir gün kıyıdaki bilim adamlarının, öğrenciler ve meraklılar, derin okyanus keşif operasyonlarına aktif olarak katılmalı ve katkıda bulunmalıdır; bu da halk arasında okyanus okuryazarlığının geliştirilmesine yardımcı olabilir."
"İster karada ister havada ister okyanusta olsun, bugün çalışan robotların çoğu bunu iki farklı yoldan biriyle yapıyor: tam özerklik veya yüksek eğitimli pilotlar tarafından tam uzaktan kontrol; ikincisi su altı manipülasyonu gibi ayarlar için standarttır. "Robotlar ve çevreleri arasındaki karmaşık etkileşimleri içeren bu makale, robotların bu iki uç arasında, robotların ve insanların tamamlayıcı yeteneklerinden yararlanacak şekilde çalışmasına olanak tanıyan yeni bir çerçeveyi tanımlıyor" dedi ortak yazar Matthew Walter, ortak yazar TTIC'de profesör. Walter aynı zamanda şu anda WHOI misafir araştırmacısıdır; daha önce MIT-WHOI Ortak Programında öğrenciydi. "SHARC, çok az eğitim almış veya hiç eğitim almamış kişilerin, pilot gözetiminde, derin deniz robotlarıyla karmaşık görevleri yerine getirmesine olanak tanıyor.
Ayrıca SHARC belirli bir ROV türüne, manipülatör koluna veya diğer faktörlere bağlı değildir. Camilli, "Aynı SHARC teknolojisini tamamen farklı robotik kollar ve araçlarla tamamen farklı bağlamlarda uygulayabiliriz" dedi. SHARC çerçevesi "esnektir ve donanımdan bağımsızdır."
"Çok zorlu ve yapılandırılmamış bir ortam olan derin denizdeki bilimsel keşifler için SHARC çerçevesini kullanarak, bu teknolojinin potansiyel olarak deniz altı bilimsel altyapı bakımı, derin deniz de dahil olmak üzere birçok farklı operasyonel bağlama aktarılabileceğini vurguluyor. Camilli, uzay operasyonları, nükleer silahların imhası ve hatta patlamamış mühimmatın iyileştirilmesini de içeriyor" diye ekledi.
Bu araştırmanın finansmanı Ulusal Bilim Vakfı (NSF) Ulusal Robotik Girişimi, NASA'nın Analog Araştırmalardan Gezegen Bilimi ve Teknolojisi (PSTAR) programı, NSF Lisansüstü Araştırma Bursu ve Link Vakfı tarafından sağlandı. NOAA Okyanus Araştırma Kooperatif Enstitüsü, San Pedro Havzası'ndaki 2021 Pasifik Okyanusu gösterileri sırasında gemi ve robotik araç operasyonlarıyla ayni destek sağladı.