Onderzoekers van de Universiteit van Haifa testen hun creatie voor de kust van Eilat. Foto door Liav Nagar via ISRAEL21c
Vaak is het een beetje lastig om te begrijpen waar onderzoekers aan werken. Niet in het geval van prof. Roee Diamant van de Universiteit van Haifa , wiens expertisegebied autonome onderwaterrobots en akoestische communicatie is.
“Ons doel is om te begrijpen hoeveel vissen er in de zee zitten”, vertelt Diamant aan ISRAEL21c. “Vis in het algemeen, maar ook vissen die belangrijk zijn voor de landbouw, zoals tonijn en makreel.”
Diamant vervolgt: “We hebben met behulp van actieve sonar de mogelijkheid ontwikkeld om vissen te ontdekken en hun grootte en biomassa te evalueren, wat een belangrijk cijfer is als het gaat om het begrijpen van de hoeveelheid vis in de zee.
“Dit is belangrijk voor regelgevende instanties in Israël, bijvoorbeeld de Israel Nature and Parks Authority , die de visserij op bepaalde soorten vis verbiedt op basis van dit soort gegevens. Zo weten ze of ze de visserij moeten verbieden, en wanneer, waar en wat voor soort vis.”
Zijn laboratorium heeft ook een hulpsysteem ontworpen om duurzame visserij te bevorderen dat een subsidie heeft gewonnen van de Schmidt Marine Technology Partners, een programma van de Schmidt Family Foundation onder leiding van voormalig Google-CEO Eric en zijn vrouw Wendy Schmidt.
Prof. Roee Diamant ontving een subsidie van de Schmidt Family Foundation. Foto door Tsvika Nevo via ISRAEL21c
“Vandaag de dag gooien vissers hun netten meestal in het water, op plekken waar ze denken dat er vis hoort te zijn, of ze slepen hun netten mee. Uiteindelijk vangen ze veel vis die niet belangrijk voor hen is, maar ook zeeschildpadden, soms dolfijnen en kleine vissen die niet mogen worden gevangen. De ecologische schade is zeer aanzienlijk”, zegt Diamant.
“Bovendien is deze methode minder effectief, omdat ze, nadat ze de vis uit het water hebben gehaald, alles terug moeten gooien wat ze niet van plan waren te vangen. Als ze een systeem hadden dat targeting mogelijk zou maken en zou zeggen: 'Je zoekt tonijn; hier is het gebied dat je moet doorzoeken', zou de visser op een duurzamere manier kunnen opereren voor het mariene systeem.'
Robotachtige drijft
Om al die vissen in de zee te identificeren, ontwikkelden Diamant en zijn zeventienkoppige laboratorium van de afdeling Mariene Technologieën van de Universiteit van Haifa, samen met partners in Kroatië, autonome robotachtige drijvers die gedurende een lange periode naar vis zoeken.
“We wilden ook een relatief goedkoop systeem zijn, zodat deze sensoren grote gebieden konden bestrijken”, zegt hij.
De autonome robot die de zee kan doorkruisen om vissen te vinden en te identificeren. Foto door Liav Nagar via ISRAEL21c
Deze onderwaterdrijvers worden door de stroming meegevoerd en kunnen hun diepte controleren, door op en neer te bewegen in het water door hun volume en dus hun drijfvermogen te veranderen.
Hun akoestische sensoren absorberen reflecties van alles: van de zeebodem en van vissen. Op basis van deze reflecties probeert een algoritme in de robot zijn omgeving te begrijpen, zegt Diamant.
“Op deze manier kun je vissen ontdekken – de locatie en richting, de grootte en de manier van bewegen – en begrijpen of dit het soort vis is waarnaar je op zoek bent.”
Het is mogelijk om afzonderlijke vissen of hele scholen te identificeren.
De kleine robots kunnen vijf dagen achter elkaar over zee reizen en berichten doorgeven aan hun operator en andere apparaten. Foto door Liav Nagar via ISRAEL21c
“Als er eenmaal vis is gevonden, zijn er twee bedieningsmogelijkheden. De vlotter gaat omhoog en verzendt de informatie via satellietcommunicatie naar de operator, of verzendt deze naar andere drijvers met behulp van akoestische onderwatercommunicatie, waardoor de drijvers via consensus conclusies kunnen trekken over de bevindingen om het aantal valse alarmen te verminderen. Diamant merkt op.
Elke robot kan vijf dagen onafgebroken werken. Vervolgens zweeft hij weer omhoog en kan de operator hem via GPS volgen en oppakken.
Kijken naar wat eronder zit
Diamant en zijn team testten onlangs hun prototype in het diepe water voor de kust van de Zuid-Israëlische stad Eilat.
Ze zijn van plan het prototype dit jaar af te ronden, volgend jaar een commerciële versie te bouwen en de technologie het jaar daarop op de markt te brengen.
De richtprijs bedraagt 1.000 dollar per robot, wat volgens Diamant redelijk genoeg is om de inzet van meerdere robots mogelijk te maken die samenwerken om een groot gebied te bestrijken.
"Onze eindgebruikers zijn vissers die het zouden kunnen gebruiken om de vis die ze zoeken te lokaliseren op een manier die het milieu beter beschermt", merkt hij op. “Regelgevende instanties kunnen het ook gebruiken om het mariene milieu te reguleren, en mariene wetenschappers kunnen het ook gebruiken om zeemonitorings gegevens te ontvangen.”
Het laboratorium van prof. Roee Diamant werkte vijf dagen lang op zee aan het zo effectief mogelijk maken van de robots. Foto door Tsvika Nevo via ISRAEL21c
Vissen vinden met behulp van sonar, merkt Diamant op, is al mogelijk, maar niet op de manier waarop zijn apparaat dat doet.
“Tegenwoordig bevinden de systemen zich aan boord van schepen en kunnen ze naar beneden kijken en zien wat eronder zit. We werken met een ander idee, namelijk om het gebied te doorkruisen en het mariene milieu op verschillende diepten en afstanden te bemonsteren. We streven ernaar dat de robots 200 meter rondom en onder hen kunnen kijken”, zegt hij.
Energie besparen
Tijdens de ontwikkeling van dit unieke apparaat kwam het team twee technologische uitdagingen tegen: de eerste met betrekking tot energie en de tweede met betrekking tot het onderscheiden van vissen van andere objecten.
“We mikken op vijf dagen ononderbroken activiteit, en dat betekent dat deze drijvers energetisch efficiënt moeten zijn, omdat je niet veel batterijen in deze kleine apparaten kunt laden”, zegt Diamant.
“We hebben dit probleem op twee manieren aangepakt. Eén daarvan is het geven van efficiënte drijvende mogelijkheden aan de vlotter. De tweede is de akoestische monitoring. Elke akoestische transmissie in het water verspilt behoorlijk wat energie. Daarom kwamen we op het idee van een ontdekkingsketen. Er is een eerste identificatie, die één keer per minuut plaatsvindt en niet veel energie kost, alleen maar om te controleren of er iets in zee in de richting van de vlotter beweegt. Nadat we die beweging hebben bevestigd, voeren we een meer gedetailleerde identificatie uit, waarbij we rekening houden met ruimtelijke elementen om de grootte en kenmerken van dit bewegende doelwit te evalueren.”
Wat de identificatie betreft, is het probleem dat elk object kan reflecteren op de robot: een steen in het water, een plastic zak of zelfs alleen maar golven. “De uitdaging is om onderscheid te maken tussen deze reflecties en de reflecties die we zoeken bij de vis”, zegt Diamant.
Zijn lab onderzoekt nu verschillende toepassingen van de technologie – bijvoorbeeld in de wereld van beveiliging en de identificatie van duikers.
Het werkt ook samen met de Israel Nature and Parks Authority aan milieuprojecten zoals het monitoren van zeeschildpadden en dolfijnen om ervoor te zorgen dat passerende schepen hen geen pijn doen.
“Momenteel gebeurt dat handmatig. Er staat een verkenner op het dek die moet uitkijken naar dieren in het water. Maar het is duidelijk dat deze methode zijn beperkingen heeft: je kunt 's nachts niets zien, het bereik is niet groot als je naar de zon kijkt, en je kunt een dier niet zien als het niet boven water is”, zegt Diamant.
“De systemen die we produceren zijn absoluut een toekomstige richting hiervoor”, besluit hij.
