客观日本

利用船型机器人监测海洋垃圾,搭载水下机器人拍摄目标地点

2021年12月17日 海洋宇宙

人类该如何减少日益增多的海洋垃圾呢?在减少从陆地流向海洋的塑料垃圾等的同时,还需要有详细监测污染状况的技术。日本长崎大学等开发出了搭载能拍摄海中和海底情况的水下机器人的自律型船舶机器人,并成功实施了验证实验。今后有望定期观测错综复杂的海岸上堆积的垃圾和渔礁。到2050年,能详细追踪和掌握海洋垃圾的系统可能会普及。

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船舶机器人搭载了水下机器人,可以拍摄海底的情况(图片由长崎大学的山本教授提供)

据估计,从陆地流向海洋的塑料垃圾每年至少达到800万吨。这些塑料垃圾长期漂浮在海洋中,逐渐分解成细小的“微塑料”后,会被鱼类等吃掉。对海洋生物的影响令人担心。

监测海洋垃圾时,最好能对海底等目标位置进行拍摄,以便在陆地上实时掌握海中的情况。研究团队于2021年11月28日在日本长崎县的对马岛实施了相关验证实验。对马岛受冬季的季风和洋流影响,漂浮着大量来自海外的垃圾。

在实验中,船舶机器人从海岸出发,到达预先设定的目标地点后悬停于海上,并向海中投放水下机器人。水下机器人拍摄了海底的渔礁后,顺利返回船上。

船舶机器人长1.4米,重30公斤,最高时速为10公里,最长可以运行4小时。增加电池的话还能进一步延长运行时间。

自律控制采用以全球定位系统(GPS)为首的全球卫星导航系统(GNSS)。搭载的摄像头可以无线操控,能在陆地上时事观察船上的情况。

水下机器人通过线缆与船舶连接。从船上放出和收回水下机器人的操作也可以无线进行。利用水下机器人的摄像头拍摄海底的影像,并实时传回陆地。

还可以根据拍摄的视频创建三维图像。验证实验制作了渔礁的立体图像。据介绍,还可以结合GPS绘制海底的立体地图。

有些错综复杂的地方存在人类难以抵达的情况,比如里亚式海岸等。在受洋流影响容易漂来垃圾的对马岛,海滩上的垃圾可以利用小型无人机等拍摄,但海底垃圾的情况一直不太清楚。

长崎大学副校长山本郁夫教授强调说:“船舶机器人可以灵活移动,还能设定详细复杂的航线,还可以前往地形复杂的地点。”

长崎大学还与日本气象厅气象研究所和东京大学合作,启动了预测海洋垃圾移动情况的研究。将模拟垃圾会随着潮汐流移动的位置,并与实际的垃圾堆积情况进行比较,以提高精度。未来打算构建能有效回收垃圾的系统。

今后还计划利用该机器人观测海中和海港周边的构造物,从而掌握鱼类的生长情况等。

还可以利用人造卫星掌握垃圾情况

关于海洋垃圾的国际动向与未来预测
1960年前后 开始出现海洋塑料垃圾造成海洋污染的报道
1984年 第一届国际海洋废弃物大会召开
2011年 第五届国际海洋废弃物大会通过了强调减少和管理海洋垃圾的必要性的《檀香山战略》
2021年 开发出可以监测海底垃圾的船型机器人
2030年前后 确立详细地定期观测海洋垃圾的方法
2050年前后 详细追踪、掌握和回收海洋垃圾的系统普及

海洋垃圾中被认为问题最严重的是塑料垃圾。塑料垃圾占海洋垃圾的一半以上,分解时间也比其他垃圾长。除了对渔业和旅游业的影响外,人类食用微小塑料垃圾污染鱼类等也可能会影响健康。

为了掌握海洋垃圾的实际情况,日本环境省还对漂浮在岸上,漂浮在海面上的垃圾和海底垃圾进行了调查。2019年度在东京湾和石狩湾等调查了漂流垃圾和海底垃圾,并在日本的10个地点调查了漂到岸边的垃圾。

从太空大范围监测海洋垃圾的研究开发也在进行中。一般财团法人宇宙系统开发利用推进机构为监测从东南亚的城市里流入海洋的塑料垃圾,开发了可以轻松利用人造卫星的信息和地理信息系统(GIS)的系统。目前还在与庆应义塾大学合作,开发利用人工智能(AI)的方法,从拍摄的照片中识别塑料。

作为日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的“创新卫星技术实证项目”,预定2022年度发射的火箭“Epsilon”搭载的超小型卫星也计划安装能识别特定物质的传感器。

日文:藤井宽子、《日经产业新闻》,2021/12/10
中文:JST客观日本编辑部