客觀日本

利用船型機器人監測海洋廢棄物,搭載水下機器人拍攝目標地點

2021年12月17日 海洋宇宙

人類該如何減量日益增多的海洋廢棄物呢?在減量從陸地流向海洋的塑膠廢棄物等的同時,還需要有詳細監測污染狀況的技術。日本長崎大學等開發出了搭載能拍攝海中和海床情況的水下機器人的自律型船機器人,併成功實施了驗證實驗。今後有望定期觀測錯綜複雜的濱海帶上堆積的廢棄物和漁礁。到2050年,能詳細追蹤和掌握海洋廢棄物的系統可能會普及。

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船機器人搭載了水下機器人,可以拍攝海床的情況(圖片由長崎大學的山本教授提供)

據估計,從陸地流向海洋的塑膠廢棄物每年至少達到800萬噸。這些塑膠廢棄物長期漂浮在海洋中,逐漸分解成細小的「微塑膠」後,會被魚類等喫掉。對海洋生物的影響令人擔心。

監測海洋廢棄物時,最好能對海床等目標位置進行拍攝,以便在陸地上即時掌握海中的情況。研究團隊於2021年11月28日在日本長崎縣的對馬島實施了相關驗證實驗。對馬島受冬季的季風和洋流影響,漂浮着大量來自海外的廢棄物。

在實驗中,船機器人從濱海帶出發,到達預先設定的目標地點後滯空於海上,並向海中投放水下機器人。水下機器人拍攝了海床的漁礁後,順利返回船上。

船機器人長1.4米,重30公斤,最高時速爲10公里,最長可以運行4小時。增加電池的話還能進一步延長供電時間。

自律控制採用以全球定位系統(GPS)爲首的全球衛星導航系統(GNSS)。搭載的攝影頭可以無線操控,能在陸地上時事觀察船上的情況。

水下機器人透過纜線與船連接。從船上放出和收回水下機器人的操作也可以無線進行。利用水下機器人的攝影頭拍攝海床的影像,並即時傳回陸地。

還可以根據拍攝的影片建立三維影像。驗證實驗製作了漁礁的立體影像。據介紹,還可以結合GPS轉列海床的立體地圖。

有些錯綜複雜的地方存在人類難以抵達的情況,比如里亞式濱海帶等。在受洋流影響容易漂來廢棄物的對馬島,海灘上的廢棄物可以利用小型無人航空載具等拍攝,但海床廢棄物的情況一直不太清楚。

長崎大學副校長山本鬱夫教授強調說:「船機器人可以靈活行程,還能設定詳細複雜的航線,還可以前往地形複雜的地點。」

長崎大學還與日本氣象廳氣象研究所和東京大學合作,起動了預測海洋廢棄物行程情況的研究。將類比廢棄物會隨着潮汐流行程的位置,並與實際的廢棄物堆積情況進行比較,以提高精度。未來打算構建能有效回收廢棄物的系統。

今後還計劃利用該機器人觀測海中和海港周邊的構造物,從而掌握魚類的成長情況等。

還可以利用人造人造衛星掌握廢棄物情況

關于海洋廢棄物的國際動向與未來預測
1960年前後 開始出現海洋塑膠廢棄物造成海洋污染的報導
1984年 第一屆國際海洋廢棄物大會召開
2011年 第五屆國際海洋廢棄物大會透過了強調減量和管理海洋廢棄物的必要性的《檀香山戰略》
2021年 開發出可以監測海床廢棄物的船型機器人
2030年前後 確立詳細地定期觀測海洋廢棄物的方法
2050年前後 詳細追蹤、掌握和回收海洋廢棄物的系統普及

海洋廢棄物中被認爲問題最嚴重的是塑膠廢棄物。塑膠廢棄物佔海洋廢棄物的一半以上,分解時間也比其他廢棄物長。除了對漁業和觀光的影響外,人類食用微小塑膠廢棄物污染魚類等也可能會影響健康。

爲了掌握海洋廢棄物的實際情況,日本環境省還對漂浮在岸上,漂浮在海面上的廢棄物和海床廢棄物進行了調查。2019年度在東京灣和石狩灣等調查了漂流廢棄物和海床廢棄物,並在日本的10個地點調查了漂到岸邊的廢棄物。

從太空大範圍監測海洋廢棄物的研究開發也在進行中。一般財團法人宇宙系統開發利用推進機構爲監測從東南亞的城市裏流入海洋的塑膠廢棄物,開發了可以輕鬆利用人造人造衛星的資訊和地理資訊系統(GIS)的系統。目前還在與慶應義塾大學合作,開發利用人工智慧(AI)的方法,從拍攝的照片中識別塑膠。

作爲日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的「創新衛星技術實證專案」,預定2022年度發射的火箭「Epsilon」搭載的超小型衛星也計劃安裝能識別特定物質的感測器。

日文:藤井寬子、《日經產業新聞》,2021/12/10
中文:JST客觀日本編輯部