Det Nye Nyt

Kan dræberroboter hjælpe med at redde det store barriererev?

Forskere i Australien bruger autonom teknologi til at bekæmpe en notorisk vanskeligt at dræbe skadedyr

Illustration: Derek Ercolano

Jeg ser en på en klar septembermorgen, mens jeg svømmer gennem det lunkne vand omkring Great Barrier Reef. En slående søstjerner, farven på cabernet og sportslige mere end et dusin arme, kramede siden af ​​en forsigtigt krumme ryg koral. Det ser dejligt og farligt ud, og ikke bare fordi jeg ved, at de lange rygter der dækker det er lakerede med gift.

Denne væsen, der ligger en to-timers bådtur fra Townsville, ud for Australiens nordøstlige kyst, er kendt som tornet-søstjernerne. Selvom det er den første, jeg nogensinde har set, er det langt fra alene. Siden 2010 har en pest af dem, der nummererer et eller andet sted i millioner, metodisk fortæret Great Barrier Reef, hvilket repræsenterer endnu en i en række eksistentielle trusler mod et korallrevsystem, der allerede er såret af intense orkaner og svækket af anfald af usædvanligt varme farvande .

Dette er heller ikke det første udbrud. Siden 1962 har deres bestande skyrocketet til ”udbrud” -status på revet omtrent hvert 17. år, startende nord for Cairns og spredt syd i bølger, de fritflydende larver medbragt af strømme. Efter at have slået sig ned på et rev forvandles de til bittesmå stjerner, der er umulige at få øje på. De begynder ikke at spise koraller, før de når mindst seks måneder, mens de stadig er mindre end en krone.

Foto af forfatter.

Men derfra begynder de at vokse og spise for alvor, som snart ligner deres bibelske navnebror. Stjernerne bliver en hær, der marsjerer på maver ekstruderet fra deres mund, fordøjer det tynde lag levende koraller under dem, der favoriserer de hurtigere voksende koraller, der er hårdest ramt af blegning fremkaldt af stigende havtemperatur.

Alt sammen er det en måde at sige: Det er klart, at denne væsen foran mig skal dø. Men de to dykkere, hvis opgave det er at dræbe tornekroner langs dette rev, er intetsteds i syne. Inden længe forsvandt den stikkende, peckish skurk. Det er her morderen robotter kommer ind.

To dage tidligere stod jeg i et lyst oplyst laboratorium i Brisbane, 800 mil ned langs kysten, indeholdt en Samsung tablet og planlagde et målrettet drab. Foran mig stod fem undervandsrobotter, hver ca. 2,5 fod lang og 1,5 fod bred. De var farvede gule og sorte, ligesom hornets, og kom med et stykke, der matchede: hver og en i stand til at finde og dræbe krønne-tornens søstjerner uden menneskelig indgriben. ”Dette er en RangerBot,” siger Matthew Dunbabin, en munter robotist fra Queensland University of Technology.

Ideen til RangerBot begyndte i 2005, da Dunbabin og en studerende oprettede en algoritme, der kunne genkende skadedyrene. Mens deres system korrekt identificerede søstjernerne omkring 67 procent af tiden - betragtet som den nyeste teknik dengang - blev Dunbabin undertrykket af en meget mere praktisk udfordring: mekanikken til faktisk at dræbe dem.

Foto med tilladelse fra Queensland University of Technology.

Tidligere havde folk forsøgt mange måder at dræbe tornekroner på: manuelt at trække dem ud af rev til bortskaffelse på land; levering af et elektrisk stød; hugge op deres kroppe (kun for at få dem til at fornyes); eller sprøjte deres krop og op til 20 arme med giftige eller sure kemikalier - den metode, der er favoriseret af det lille antal dykkere, der arbejdede på det tidspunkt for at udslette søstjernerne på populære turiststeder.

Dunbabins program kunne genkende søstjernerne, men han var langt fra at have teknologien til at dræbe dem. Heldigvis behøvede han ikke det. I 2014 fandt forskere, at en opløsning, der stammede af salt og galden, inducerede en ekstrem og dødbringende immunreaktion i tornekronerne, idet de slog alle undtagen den største søstjerner ud med et enkelt skud på 10 ml.

”Det var spillet skifter,” sagde Dunbabin. ”Da vi hørte det, tænkte vi,” Okay, vi kan genoverveje dette. ””

Han og hans kolleger begyndte at bygge RangerBots forgænger, et gult torpedolignende autonomt køretøj kaldet COTSbot (COTS er forkortelsen til krone-af-tornens søstjerner). Fastgjort under dens krop var en pneumatisk foldearm udstyret med en sprøjte til indsprøjtning af galdesaltopløsningen. Den indeholdt to liter opløsning, nok til 200 injektioner pr. Tur.

For at samle billeder til at træne COTSbots detektionssystem (og hjælpe med at finde ud af de bedste vinkler og placering til levering af injektioner), stak Dunbabin GoPro-kameraer på injektionsvåben fra dykkerne, der kæmper revet til søstjerner. Dunbabins team fodrede derefter disse og andre billeder - mere end 100.000 i alt - ind i en dyb læringsmodel, som med hjælp fra Dunbabins kollega Feras Dayoub lærte at skelne en mange væbnede krone-tornens søstjerner fra for eksempel en forgrening staghorn koral.

Foto af forfatter.

At udvikle en autonom dræberrobot var ikke uden udfordringer. Billeder fra Internettet, der blev brugt tidligt i udviklingen af ​​robotvisionen, var ofte det, som Dunbabin kaldte "glamourbilleder", perfekt indrammet og oplyst, snarere end den halvt skjulte søstjerne, der var snoet omkring koraller, som roboten var mere tilbøjelig til at støde på. Samtidig ønskede robotikerteamet at undgå at sætte udstyr fast i et rev, mens de jagede de skjulte critters og besluttede at fokusere på søstjerner, de betragtede som relativt tilgængelige - det vil sige med mindst 40 procent af dens krop.

COTSbot udviklede evnen til at identificere disse søstjerner med 99,4 procent nøjagtighed og leverede ifølge Dunbabin injektioner til mere end 200 søstjerner i sin to-årige robotlevetid. Men på mere end fire fod lange og 66 pund og kostede titusinder af dollars, var COTSbot - som også krævede en ekspert til at betjene - et bevis på konceptet, ikke et endeligt værktøj. Det var tid til en komplet redesign.

Den nøjagtige årsag bag udbruddet af tornetræer er uklar, men flere faktorer ser ud til at spille. Først vokser søstjerner hurtigt og formerer sig rigeligt. En enlig kvinde kan frigive op til 65 millioner æg om året. For det andet oversvømmer næringsstoffer, der vasker kilder som sukkerrørfarme, kystvandene, hvilket giver rigelig mad til planteplanktonet, som larvestjerner søger forbruger. Endelig har folk overfisket rovdyrene, der spiser disse hvirvelløse dyr, på alle niveauer. Under disse forhold ser det ud til, at tornekronens søstjerner blomstrer. Great Barrier Reef, mindre.

Imidlertid syntes den australske regering langsom til at adressere bommerne i den koral-spisende søstjerner indtil for nylig, da de generelle udsigter for koraller blev mere og mere alvorlige. ”Regeringens omfattende kontrolprogram startede i 2012, så det er to år efter, at dette nuværende udbrud blev indledt,” siger Mary Bonin, assisterende direktør for krone-af-tornens søstjerneforvaltningsprogram for Great Barrier Reef Marine Park Authority, leder agentur, der administrerer revet.

Foto af forfatter.

Mellem 2012 og 2017 bestod regeringens krone-af-tornekontrolprogram af et enkelt dedikeret fartøj og ingen omfattende strategi at tale om. Det opererede i den nordlige, turisttunge region, hvor træne dykkere sprøjtede og dræbte søstjerner af tusinder. Regeringen tilføjede en anden båd i januar 2017, og i år bringer det samlede antal til otte.

Inspireret af den udbredte vedtagelse af flyvende droner, spekulerede Dunbabin på, "Kan vi skabe en drone af havet?"

For nylig har føderale agenturer og universiteter i Queensland, staten, der grænser op til Great Barrier Reef, skabt den meget tiltrængte strategi, både til, hvordan man styrer kontrolprogrammet, og hvordan man prioriterer forskningen, der informerer om det. Økolog David Westcott hjælper med at lede disse bestræbelser, som han siger, "Så at vi ikke bare bruger millioner af dollars hvert år på at dræbe ting."

En stor udfordring for nedrivningsprogrammet er, at dykkere skal gentage det samme rev igen og igen - noget Bonin sammenligner med “luge en have” - fordi tornekroner ofte skjules i labyrinter af klipper og koraller og er mere aktive på nat. ”Selv når du går til et sted med mange tornekroner, dræber du måske enhver, du ser, men du ser ikke dem alle,” siger Morgan Pratchett, en revøkolog, der studerer disse søstjerner. ”Det er det store problem.”

Inspireret af den udbredte vedtagelse af flyvende droner, spekulerede Dunbabin på, "Kan vi skabe en drone af havet?" I 2016 samarbejdede hans team på universitetet med Great Barrier Reef Foundation og ansøgte om (og vandt) $ 750.000 AUD i finansiering fra Googles filantropiske arm. Ud over ideen om en morderrobot foreslog de at udvikle en billig, brugervenlig schweizisk hærkniv af slags til revovervågning og -styring, noget der kunne administrere dødbringende injektioner til søstjerner som COTSbot gjorde, men også håndtere opgaver såsom som kortlægning af koraller, indsamling af vandprøver og kortlægning af havbunden.

To år senere blev RangerBot født. Denne robot, der er omtrent halvdelen af ​​størrelsen og vægten af ​​COTSbot og en ottedel af omkostningerne, er afhængig af tre systemer med robotvision: et til identificering af tornekroner, et til navigation og et til billedoptagelse og overvågning. Det "ser" ved hjælp af et fremadrettet og et nedadgående stereokamera, der hver især er flankeret af et par lys, hvilket muliggør nattetidsopgaver nu. At gå fra fem til seks thrustere giver bedre manøvrering omkring komplekser af delikat koral og mere præcis placering over søstjerner - en stor vanskelighed for COTSbot, som ikke havde sideværts kontrol. Systemet, der styres via tablet, er bemærkelsesværdigt let at bruge, hvilket kræver lidt ved formel træning. Fjernelige batterier, der kan tænde opgaver op til otte timer, tilføjer endnu mere fleksibilitet.

Foto med tilladelse fra Queensland University of Technology.

”Vi overgår aldrig et menneske med hensyn til deres fingerfærdighed, deres evne til at kigge under koraller,” siger Dunbabin fra RangerBots søvnfundne og dræbende evner, ”men hvad vi kunne gøre er at give dem de værktøjer, der kan hjælpe dem med at opskalere .”

RangerBot er stadig i prøvefasen, men denne pakke med funktioner kan gøre den ideel til undersøgelser, hvilket giver hurtig rekognosering af hvor søstjerner er mest koncentreret og hjælper kontrolteam med at optimere indsatsen. Eksperter forudser også at sende robotterne i dybere eller farligere farvande for at undgå risici for dykkere som højere pres, hajer og krokodiller. Lige nu er "RangerBot sandsynligvis mest effektiv som en overvågningsmaskine i stedet for som en kontrolmaskine," siger Westcott, der alligevel til sidst forventer at integrere den i styringsprogrammet. ”Det vil vare lang tid, før vi har tusindvis af disse ting ude på revet, der dræber krone-af-torne søstjerner.”

I øjeblikket har Dunbabin fem robotter, med yderligere fem i værkerne. Han har modtaget interesse for ansøgninger, der er så forskellige som havgræsundersøgelser og fortøjningskontrol. I oktober vandt han og en samarbejdspartner cirka $ 225.000 til et koralgendannelsesprojekt, som vil involvere tilpasning af RangerBot til frøbeskadigede rev med koralllarver.

”Jeg troede, at jeg ville blive hamret af folk for at have bygget en morderrobot,” indrømmede Dunbabin. I stedet undrer kritikere sig, om det er morderen nok.

Marineparkmyndigheden observerede en fuld RangerBot-demonstration i slutningen af ​​oktober, hvilket Dunbabin siger vil føre til endnu flere funktioner og nye applikationer i de kommende måneder. ”Folk er under indtryk af, at den ting er derude og dræber søstjerner lige nu,” siger Bonin, der ser frem til at fortsætte med at lære om dens potentiale. ”Vi er ikke helt der endnu, men det er spændende teknologi.”

Den dag, hvor jeg tilbragte snorkling i nærheden af ​​Townsville, bragte to dykkere kun ca. 70 søstjerner. Men en dykker, Warren Haydon, en mand, der ser glædeligt vejret ud efter fem årtier med dykning, siger, at lignende bestræbelser så sent som i januar gav omkring 700 tornede kroner. De ville løbe tør for tid og kemikalier til at dræbe al søstjernerne, sagde han. Da jeg så revet, blev ca. 65 procent af dets koraller beskadiget, mest af tornekroner.

Med koraller over for så mange trusler er ikke gendannelse garanteret, men at fjerne en trussel kan styrke deres chancer. "Koraller vokser langsommere," siger Pratchett. ”Men jeg er stadig håber, at der bliver bedring.”

Nogle tvivler stadig på værdien af ​​at løse problemet overhovedet. Ingen foregiver, at nedrivningsprogrammet vil afslutte det nuværende udbrud, og den globale opvarmning klynger sig stort over Great Barrier Reefs fremtid. Men flere eksperter siger, at takling af søstjernerproblemet føles som noget, de kan og bør gøre. Som Pratchett sagde, "Det er ikke som om nogen skal dø af kræft, du ikke behandler deres infektion."

Rohan Kilby har ligesom Haydon slået søstjerner i to år med et lokalt turnéfirma. Han tvivler på, at en robot kunne injicere søstjerner korrekt på lige det rigtige sted og dræbe den. ”Jeg er meget, meget skeptisk, en robot vil være i stand til at gøre det,” siger Kilby. Bonin rejste det samme spørgsmål.

”Jeg troede, at jeg ville blive hamret af folk for at have bygget en morderrobot,” indrømmede Dunbabin. I stedet undrer kritikere sig, om det er morderen nok.

Ude på revet så jeg tæt på, hvad det kræver at dræbe disse søstjerner, hvis oprindelige populationer en dag vil kollapse på egen hånd, og hvis intet ændrer sig, starter cyklussen igen. Flydende lige over en hylde med bleg guldkoraller, var jeg vidne til Haydon stødig selv, da han indsatte injektionspistolen to gange i en mørkeblå og rød søstjerne. Den markante søstjerner, mere end en fod på tværs, frembragte ingen åbenlyse reaktioner, og jeg så på, da Haydon brugte en metalkrog til at trække den ud af revet og lade væsenen blidt tumle til sin død.