科技和机器人如何帮助巴西监测和控制入侵珊瑚物种

当太阳珊瑚膨胀的黄色触手开始出现在巴西海岸时，警报响了起来。这种珊瑚也被称为 Tubastraea，原本不应该出现在那里。20 世纪 80 年代末，里约热内卢附近的石油平台和其他船舶的移动拖走了这种不造礁的珊瑚。从那时起，它就入侵并占领了巴西海岸的珊瑚礁栖息地。

太阳珊瑚非常独特：它几乎可以在任何地方生存，移除它非常困难，因为它可以快速再生——这就是为什么减少它对自然系统运作的影响可能很困难的原因。然而，系统和计算机工程、技术和科学研究所 (INESC TEC) 的研究人员开发了一种技术来监测这种入侵物种。如何做到的?借助水下机器人技术。

研究人员前往巴西，与圣卡塔琳娜州联邦大学 (LASUB) 的一个研究实验室一起对其进行了测试。INESC TEC 的研究员 Nuno Cruz 解释说，结果“很有希望”。研究人员将浮标放置在距离潜水区几百米的地方，潜水员携带一个发射器装置，以便操作团队可以随时看到他们的位置，并确定珊瑚的位置。由于 GPS 或无线电信号在水下不起作用，因此测试是通过声学信号进行的。

葡萄牙研究人员改进了水下机器人系统，以追踪潜水员并了解太阳珊瑚的位置。他们开发的技术包括一个定位水下物体的设备、一组与 GPS 相连的浮标和一个圆柱体——该圆柱体放在潜水员的背上，向浮标发出声音信号。

目标是减少影响巴西海洋生物群落的珊瑚定位的误差范围。这可以通过三角测量实现，因为浮标可以确定水下物体的相对位置，并与 GPS 一起提供准确的位置。

在为期两天的试验中，INESC TEC 向巴西运送了一台能够产生声音信号的设备(一种可以更容易地重新定位水下地点或设备的“声波发射器”)和三个定位浮标。

“潜水员携带的圆柱体是一个同步声波发射器。它每秒发出一次周期性信号，浮标可以检测到，”努诺·克鲁兹表示。圆柱体始终每秒发出一次周期性信号。该管内装有可充电电池，可支持潜水数小时，还装有声学发射器，可发送水下声学“脉冲”。

这个内部原子钟是一个关键部件。“它确保信号在非常精确的时刻传输，这是保证准确估计声波发射器位置的一个基本方面，”克鲁兹说。

浮标探测到声波发射器的声音，知道它何时发射，并计算出声波发射器的传播时间，从而提供声波发射器距离的数据。这些信息随后通过无线电传送到支援船，支援船上的计算机通过三边测量法汇编测量结果和活动，从而可以实时监控携带声波发射器的潜水员。

“除了纯粹的被动监测之外，我们还对设备进行了改造，使其能够发出特定事件的信号，比如‘水下开关’，潜水员在任何时候想要标记一个特殊位置时都会触发它;在这个例子中，就是珊瑚的踪迹。

“通过这项技术，我们确认可以非常准确地知道珊瑚被发现和移除的位置(误差范围小于 1 米)，这使得可以非常可靠地监测这一过程。这使我们能够了解某个群落的进化或缺失，以及与环境条件(例如阳光、水流、水温、酸化等)的相关性。”Cruz 补充道。

节省时间并拯救珊瑚

如果没有这种依靠追踪器和机器人的技术，监测工作就不是一件简单的任务，而且更加耗时。这项工作只能由潜水员完成，潜水员在发现有珊瑚的区域后，对其进行标记，然后返回水面，拍摄周围区域的照片，并将它们传递给附近的 GPS 船的船员，并记录下大致位置。

误差幅度可能达到几米。INESC TEC 团队开发的设备以及 GPS 和浮标之间的三角测量使他们能够克服这个问题。有了这些工具，潜水员可以将所有的潜水时间都用于搜索和识别珊瑚。

而且，更确切地了解位置也很重要。监测扩张可能无法完全修复现在被橙色和黄色覆盖的珊瑚礁;但它可以帮助阻止巴西海岸的进一步扩张和本土珊瑚的消失。

测试方法的另一个优点是所有数据(潜水期间的路线和标记的特定点)都会自动以数字形式记录在潜水报告中。这样可以更轻松地将结果与之前的潜水进行比较。

“其他地区也有太阳珊瑚，它们是本土物种，与生态系统保持平衡;但在美洲大陆，它是一种入侵物种。LASUB的研究人员是力学专家，目前正在开发去除这些珊瑚的工具，”这位葡萄牙研究人员指出。

该技术已返回葡萄牙，由 INESC TEC 团队进行进一步测试。然而，尽管太阳珊瑚物种是最大的担忧之一，但巴西研究人员已经在考虑使用相同系统准确标记其他栖息地的新方法。

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