Компания Tandem Ventures разрабатывает компактную дроновую систему с открытым исходным кодом для безопасного и точного измерения находящихся под угрозой исчезновения горбатых китов.
Инженеры в области охраны природы Сэм Роджерс и Эдвин Таулер из Tandem Ventures в сотрудничестве с благотворительной организацией Whale Wise разработали инновационную систему измерения под названием WHASER, которая использует дроны, оснащенные лидарными датчиками, для изучения горбатых китов.
Проект был создан в ответ на реальные полевые задачи и направлен на улучшение понимания долгосрочных последствий запутывания китов в рыболовных снастях — одной из самых серьезных угроз, с которыми сталкиваются эти животные.
Bambu Lab является одним из официальных партнеров проекта, предоставляя технологическую поддержку в области 3D-печати и соответствующих материалов.
Проблема запутывания в рыболовных снастях
Запутывание в лесках и сетях представляет собой серьезную угрозу для горбатых китов. Оно ограничивает их способность двигаться, питаться и дышать, часто приводя к смерти от утопления или голода.
Особи, которые выживают, могут носить в себе рыболовные снасти годами, страдая от ран, инфекций и ухудшения физического состояния. Шрамы, оставшиеся после запутываний, являются непреходящим свидетельством этих событий.
Оценки масштаба проблемы ранее основывались на фотографиях, сделанных с лодок, которые показывают лишь ограниченные части тела кита.
В результате истинное количество случаев запутывания и их долгосрочное влияние на здоровье и жизнеспособность популяции остаются недооцененными.
Измерение кита — техническая задача
Чтобы понять, как запутывание влияет на здоровье горбатых китов, ученые должны точно измерять длину тела и пропорции, что позволяет им оценить физическое состояние.
Измерение плавающего животного, которое может превышать десять метров в длину, в открытой воде чрезвычайно сложно. Традиционные измерительные инструменты бесполезны, а прямой контакт с китами невозможен с практической и этической точек зрения.
Поэтому Whale Wise начала использовать дроны в сочетании с технологией LiDAR (обнаружение света и определение дальности).
Дрон захватывает изображения китов у поверхности воды, в то время как лидар точно измеряет высоту полета дрона, испуская инфракрасный импульс и регистрируя время, необходимое для его возвращения. Сочетание данных о высоте с параметрами объектива и изображениями позволяет выполнять высокоточные расчеты размера кита.
Ограничения существующего оборудования
Хотя существующая система Whale Wise работала и позволяла собирать ценные данные, у нее было много практических недостатков. Внешний лидарный модуль был большим, тяжелым и выступал под дроном, что делало его уязвимым для повреждений во время взлета и посадки. Система требовала, чтобы дрон запускали с рук и ловили, часто с использованием защитной перчатки.
Проводка была открытой и опасно близко к пропеллерам, что увеличивало риск отказа. Также отсутствовала четкая обратная связь с пользователем — о состоянии системы можно было судить только по мигающим светодиодам, без прямой информации о записи данных, уровне заряда батареи или работе лидара.
Даже такие простые задачи, как доступ к SD-карте, требовали разборки корпуса, что было трудоемким и рискованным в суровых полевых условиях.
Разработка лучшего решения
Роджерс и Таулер решили перепроектировать систему с нуля, сосредоточившись на трех основных целях: упрощение эксплуатации и повышение безопасности, повышение надежности записи данных и адаптация устройства для более широкого спектра рабочих условий, включая исследования, проводимые с лодок.
Вдохновением послужила открытая инициатива LiDARBoX, разработанная Университетом штата Орегон, но новый проект намеревался пойти дальше.
Команда остановила свой выбор на современных, более легких электронных компонентах и полной интеграции системы в один компактный корпус.
В основе WHASER лежит микроконтроллер Arduino ESP32 Nano, работающий с новым, меньшим лидарным датчиком, модулем GPS, инерциальным измерительным модулем (IMU), устройством чтения microSD-карт, батареей с зарядкой через USB-C и небольшим OLED-дисплеем.
Каждая итерация конструкции становилась все легче, что напрямую сказывалось на увеличении времени полета дрона.
Эргономика и подход к созданию «продукта»
Наряду с разработкой электроники совершенствовалась и физическая форма устройства. Было создано и протестировано несколько концепций корпуса с использованием 3D-принтеров Bambu Lab. Одна из концепций включала модульную систему с фиксированной монтажной пластиной на дроне и съемным электронным модулем. Другая объединяла корпус с ручкой для ловли дрона.
После тестирования с участием нетехнических пользователей было выбрано гибридное решение — его легко быстро установить, оно безопасно для ловли и подходит для взлетов и посадок как на земле, так и с лодки.
Окончательный дизайн также учитывал работу в перчатках и в сложных погодных условиях.
Испытания в Исландии
Первый полностью функциональный прототип WHASER был испытан летом в Исландии в Вест-фьордах совместно с командой Whale Wise. Устройство было меньшего размера и легче, имело внутреннюю батарею и включало OLED-экран, отображающий ключевую информацию, такую как уровень заряда батареи, показания лидара, статус SD-карты и GPS-сигнал.
Во время испытаний система хорошо показала себя как в пробных полетах, так и в реальных исследовательских условиях. Были успешно завершены измерения трех горбатых китов, и собранные данные — включая измеренную длину одной особи в 10,24 метра — соответствовали предыдущим записям, что подтверждает высокую точность системы.
Финальная версия WHASER была дополнительно оптимизирована — уменьшена ее масса, упрощена сборка, зарядные порты и SD-карта защищены от влаги, а конструкция сделана совместимой с несколькими моделями дронов.
Проект остается открытым (open-source), что позволяет исследовательским группам по всему миру адаптировать его и производить локально.
WHASER — это не просто новый технологический гаджет, а практический инструмент, который действительно поддерживает сохранение китообразных. Он позволяет ученым сосредоточиться на исследованиях, а не на борьбе с оборудованием.
Bambu Lab поддерживает британский стартап в создании уборочной машины для морской травы для восстановления жизненно важных подводных лугов
Проект WHASER был не первой инициативой Tandem Ventures на стыке инженерии и морского природоохранного дела. Ранее команда разработала Seagrass Harvester — инновационное устройство для механического сбора семян морской травы, созданное в сотрудничестве с Project Seagrass и Университетом Суонси.
Целью того проекта было значительное ускорение восстановления подводных лугов морской травы, почти половина которых исчезла за последние десятилетия в результате деятельности человека.
Вместо чрезвычайно медленного ручного сбора, выполняемого водолазами, Seagrass Harvester можно буксировать по морскому дну, аккуратно срезая побеги с семенами и транспортируя их на поверхность. По оценкам, этот подход работает до ста раз быстрее традиционных методов.
Как и в случае с WHASER, ключевую роль сыграли быстрое прототипирование с использованием 3D-принтеров Bambu Lab и философия открытого доступа — полная документация по проекту будет опубликована как открытая, что позволит исследовательским группам по всему миру адаптировать ее.
О нашей компании
TITAN 3D - поставщик и системный интегратор оборудования для 3D-сканирования, 3D-печати и автоматизированного контроля в промышленности, машиностроении, медицине.
Готовы ответить на все Ваши вопросы, проконсультировать по оборудованию, и подобрать лучшее оборудование для решения Ваших задач.
Каталог 3D-принтеров мировых производителей - проработку технологии, подбор оборудования, внедрение, пусконаладку и обучение берем на себя!
+7 (952) 243-77-75 I 01@titan-3d.ru I www.titan-3d.ru