ROV ныряет глубоко в антарктические воды с помощью камер на базе Linux

Погружной «Deep-SCINI» с камерами Elphel на базе Linux обнаружил удивительно разнообразную жизнь под антарктическим шельфовым льдом - и быстро тающий лед.

Linux снова был замечен в холодных морях вокруг Антарктиды, что не так удивительно, если учесть, что пингвин Тукс получает приятную холодную ванну.
В ноябре мы узнали об экспедиции Океанографического института Вудс-Хоул, чтобы измерить толщину морского льда Антарктики, используя основанный на Linux SeaBED AUV (автономный подводный аппарат) от Seabed Technologies.


Глубокий SCINI на буровой площадке ледового шельфа Росса

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Теперь исследовательская группа, финансируемая Национальным научным фондом, сделала несколько замечательных открытий под антарктическим льдом, используя погружной аппарат Deep-SCINI (Погружной, способный работать под ледовой навигацией и съемкой изображений).
Разработанная в университете Небраски-Линкольна, Deep-SCINI оснащена системой обработки изображений с тремя камерами Elphel с высоким разрешением и компьютерами с открытым исходным кодом Linux (см. Ниже).


Глубокий SCINI на буровой площадке

(нажмите на картинку, чтобы увеличить)

В отличие от SeaBED, трубчатый 2-метровый Deep-SCINI длиной не AUV, а скорее привязной автомобиль с дистанционным управлением (ROV).
Судну потребовалось 45 минут, чтобы пройти через 740-метровую скважину через ледяной шельф Антарктиды Росс, который был пробурен струей горячей воды.
Deep-SCINI путешествовал глубже под антарктическим льдом, чем любая предыдущая экспедиция ROV.

Затем ROV был выпущен в 10-метровый слой замерзшей воды подо льдом и над морским дном, известный как «зона заземления». Здесь исследователи были «ошеломлены», чтобы обнаружить захваченные Эльфелем изображения рыб и других водные животные, живущие во враждебной, абсолютно черной окружающей среде, согласно истории 21 января в Scientific American .


Ведущий бурильщик Деннис Даулинг на резервуаре для таяния буровой площадки на ледяном шельфе Росса

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Грант НАСА ASTEP (Наука и технология астробиологии для исследования планет) помог финансировать Deep-SCINI через Офис управления наукой (SMO) АНДРИЛЛ (SMO) при UNL под руководством исполнительного директора Фрэнка Рэка.
Исследование было организовано в рамках проекта «Исследование бурения подледникового доступа в Уиллансе» (WISSARD) и включало Университет Северного Иллинойса, Государственный университет Монтаны и Калифорнийский университет в Санта-Круз.
СМО УНЛ получила субподряд на проектирование и строительство системы бурения с горячей водой и предоставление Deep-SCINI для развертывания подо льдом.

Место бурения находится вблизи внутреннего берега шельфового ледника Росса размером с Францию, примерно в 850 километрах от «ближайшего места, где океан находится в контакте с солнечным светом, который позволяет крошечному планктону расти и поддерживать пищевую цепь», - пишет Scientific Американский.


Росс ледяной шельф буровой площадки с высоты птичьего полета

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Исследователи ожидали найти только несколько микробов с медленным метаболизмом.
Тем не менее, несмотря на тот факт, что замерзшие воды мало мешают питанию микроорганизмами, Deep-SCINI обнаружил от 20 до 30 видов рыб и десятки красных, похожих на креветок ракообразных и других неопознанных морских беспозвоночных.

Несколько видов еще предстоит идентифицировать, и это могут быть новые открытия.
ROV собрал образцы для дальнейшего изучения.

Неясно, что едят рыба и другие существа.
Возможные варианты включают периодические волны планктона, которые не были обнаружены во время погружения, или микроорганизмы, питающиеся минеральными зернами или питающиеся аммонийными или метановыми утечками.
В отличие от глубоководного морского дна в более умеренных регионах, не было никаких свидетельств обитания грязи, эпи-бентоса на морском дне.

Поиски жизни подо льдом были вспомогательными для основного направления экспедиции, финансируемой NSF.
Главная цель состояла в том, чтобы определить, как быстро ледяной шельф Росса тает и сползает в океан из-за глобального потепления.
Место бурения было выбрано из-за его близости к ледяному потоку Уилланса, который наполняет ледяной шельф новым льдом.

Deep-SCNI обнаружил большое количество камешков на морском дне, которые, как предполагалось, упали с нижней стороны ледяного покрова во время таяния.
Поскольку в более старых, более глубоких отложениях не было обнаружено гальки, это свидетельствует о недавнем ускорении таяния вследствие глобального потепления.

Inside Deep SCINI

UNL объявили о создании Deep-SCINI в июле прошлого года, а 21 января сообщили о своем участии через ANDRILL в экспедиции WISSARD.
Экспедиция по бурению была отложена на год из-за закрытия правительства США в октябре 2013 года.


Боб Зук (слева) и Джастин Бернетт работают над компонентами Deep-SCINI

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Deep-SCINI ROV был изобретен Бобом Зуком, инженером, нанятым офисом АНДРИЛЛ UNL, а также Джастином Бернеттом, аспирантом UNL в области машиностроения.
Зук, который подтвердил присутствие Linux в камерах своего корабля на HardLinux в электронном письме, сказал Scientific American, что почти безупречный первый полет «ROV» был «небольшим чудом». Он добавил: «Основное правило здесь заключается в том, что любое новое технологическая вещь не работает для первого развертывания ».

ROV еще не оснащен навигационной системой, поэтому его маневрировали с помощью «хитростей», говорит Scientific American.
Например, операторы, расположенные над льдом, «летали» на корабле от одной большой скалы к другой или наматывали на трос пару метров, чтобы вытащить ROV сзади и направить его в сторону от дыры.
Трос встроен в ENOP (Ethernet over Power) для связи.

Конструкция Deep-SCINI соответствует более ранней модели SCINI, разработанной Zook, которая была испытана в антарктических водах, начиная с 2007 года. Оригинальное 1,5-метровое судно, которое было ограничено глубиной 300 метров, отвечало за обнаружение нового вида моря анемон, который живет в норах в нижней части шельфового ледника Росса.

Deep-SCINI был спроектирован для спуска до 6500 футов, или около двух километров.
ROV длиной почти два метра имеет диаметр 23 сантиметра и весит от 60 до 80 фунтов.

Elphel Cams с открытым исходным кодом Deep-SCINI

Deep-SCNI использует камеры с открытым исходным кодом на базе Linux от Elphel , которые популярны среди научных исследователей.
В то время как у оригинального корабля SCINI были две старые камеры Elphel 353 , Deep-SCINI имеет три камеры Elphel NC353L-369 для просмотра вверх, вниз и вперед.


Elphel NC353L-369

По словам Джастина Бернетта (UNL), каждая камера оснащена 5-мегапиксельными CMOS-датчиками в специальном тестируемом корпусе под давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм размером 7,0 x 2,5 дюйма.
Камеры были выбраны за их открытость, гибкость, большой набор функций и службу поддержки.
«Это очень гибкая аппаратная и программная IP-камера с открытым исходным кодом», - добавил он.

Камеры встроены в панорамную и стереофотограмметрическую камеру Elphel Eyesis4Pi .
Подобный панорамный вид Elphel изначально устанавливался на автомобили Google Streetview, а затем был заменен собственным дизайном.

Elphel NC353L-369 оснащен дополнительной платой, которая интегрирует хранилище CompactFlash и настраиваемые порты USB, один из которых использовался ANDRILL для управления двигателем фокусировки.
Он также обеспечивает управление синхронизацией импульсов для одновременной съемки нескольких изображений по сети.
NC353L-369 может записывать видео или изображения на CF-карту или внешний диск SATA.
Последовательный порт обеспечивает доступ к корневой консоли, что, по словам Рэка, упрощает разработку прошивки.

В то время как камера Elphel в основном используется для видео, реализация Deep-SCINI сфокусирована на неподвижных изображениях.
«На самом деле мы транслируем изображения, а не видео с переменной частотой кадров с устройства, в зависимости от экспозиции и условий освещения», - сказал Бернетт.
«Камера выполняет сжатие JPEG на борту достаточно быстро, чтобы мы могли беспрепятственно управлять транспортным средством. Мы можем поддерживать общую задержку до 200 мс при сохранении низкой пропускной способности».

Специальное программное обеспечение для просмотра позволяет исследователям регулировать экспозицию, сжатие цветов и биннинг для увеличения частоты кадров.
«Это также позволяет нам мгновенно снимать изображения в полном разрешении», - сказал он.
«У нас есть специальная прошивка, написанная для взаимодействия с нашим программным обеспечением для пилотирования транспортных средств, так что данные телеметрии транспортных средств фактически сохраняются в данных exif изображения, что значительно упрощает последующую обработку».

По данным Scientific American, линзы камеры были усилены устойчивым к давлению сапфировым стеклом, а также обтекаемым корпусом из алюминиевых стержней и «синтаксической пеной, состоящей из миллионов крошечных полых стеклянных шариков».

В дополнение к камерам Deep-SCINI включает в себя пять маневровых движителей, источники света, датчик CT (проводимости-температуры), пробоотборник для шприца для отбора проб воды и захват для сбора предметов.
Вес капли, удерживаемый в захвате, удерживал транспортное средство вертикально ориентированным во время движения через скважину.
Инструментальный «вес комка» изолировал лебедку развертывания и оптоволоконную распределительную коробку от троса ROV.