河北
研究人员开发出一种自主系统，能够以前所未有的精度寻找并绘制珊瑚礁生物多样性热点区域，为研究和保护海洋中一些最珍贵的生态系统提供了强大的新工具。这项研究发表在《科学机器人》期刊上，展示了如何把音频和视觉数据结合在同一套自主系统中，从而揭示海洋生物聚集的位置及其原因。
"但到目前为止，我们还没能真正可靠地通过发现这些斑块状热点区域、以厘米尺度绘制它们的地图，并测量它们实际活跃程度来进行量化。发展这种能力将对于帮助生物学家更深入地了解珊瑚礁生态系统的未来至关重要。"
珊瑚礁虽然只占海洋面积不到0.01%，却支撑着大约四分之一的海洋物种，如今正承受着海水变暖、疾病、过度捕捞和沿海开发带来的日益增大的压力。这种生物多样性集中在局部热点区域——这些生物活动密集的区域对于觅食、栖息和繁殖至关重要。
通过以亚米级分辨率解析生物多样性模式，并将其与珊瑚礁结构等栖息地特征联系起来，科学家将能够更好地理解维持珊瑚礁生态系统的过程。
WHOI科学家、WARP实验室负责人Yogesh Girdhar于2021年11月在美属维尔京群岛测试CUREE（好奇号水下机器人生态系统探索）自主水下航行器。
传统的珊瑚礁调查得靠专业潜水员，又贵、覆盖范围又小，还有危险；CUREE 就不一样，它能连续自主工作好几个小时，在珊瑚礁上精确定位自己的位置，并在更大范围和更长时间内收集大量数据。
这不等于说 CUREE 能代替人去看珊瑚礁。该项目首席研究员、在 WHOI 的 WARP 实验室领导 CUREE 开发的机器人专家 Yogesh Girdhar 表示：“它是用来补充人类观察能力的，去做人根本做不到的事。”
CUREE 用的是一套新方法，把好几种传感技术合在一起，分成四种相辅相成的行为：视觉鱼类调查、声学测绘、靠声音引导定位，以及追踪关键“哨兵”物种。这些行为共同让系统不仅能绘制生物多样性集中区域的地图，还能主动去找新的热点，哪怕是还没探索过、环境特别复杂的珊瑚礁。
2022 到 2024 年，团队三次去美属维尔京群岛一个叫乔尔浅滩的健康珊瑚礁做现场试验。每次都能认出同一个热点：一座大型柱状珊瑚结构周围的区域。
乔尔浅滩是以 WHOI 生物学家乔尔·洛皮兹（Joel Llopiz）命名的，他在今年 1 月去世，也是他发现了这处珊瑚礁。视觉调查显示，那座大型柱状珊瑚结构附近的鱼类密度比其他区域高出近 25 倍；声学数据也证实，更大范围内的生物活动更活跃。
特别值得一提的是，这项研究突显了水下听觉与视觉信息相结合的力量。被动声学传感即使在生物隐藏或伪装时，也能在数十米外探测到动物活动；但珊瑚礁环境非常嘈杂，仅凭声音很难精确绘制生物活动图。
摄像头能提供详细的物种级信息，但只能在近距离范围内使用。通过结合这些数据流，机器人可以利用声音探测到远处的活动，然后通过近距离的视觉观察加以确认。
“从某种意义上说，它们几乎完美互补，”麦卡蒙说。“被动声学能提供大范围的环境感知，视觉虽然距离短，但视觉真的是信息丰富的数据流吗？”
该系统还能锁定特定的生物声音，例如枪虾或已知以发出独特叫声而著称的鱼类，使其无需事先了解珊瑚礁即可直接导航至感兴趣的区域。在受控实验中，机器人成功地从最远80米的距离追踪声源，并在30米的距离上自主接近天然的珊瑚礁热点区域。
在另一次演示中，机器人跟随一条梭鱼（一种对珊瑚礁生态系统健康至关重要的顶级捕食者），观察它在环境中的移动，以识别热点区域。研究人员提出，这种自主观察哨兵物种反复返回地点的方法，可作为识别生态重要位置的另一种途径，有助于了解捕食者如何与周围环境互动。
最终，研究人员设想在全球部署这类机器人集群，以探索和监测大部分尚未探明的珊瑚礁。通过快速发现并识别生物多样性热点区域，这项技术有助于指导保护决策、确定保护工作的优先顺序，并在海洋变暖的情况下追踪生态系统的变化。
“随着珊瑚礁面临前所未有的挑战，我们需要更智能、更快速的方法来了解生命在哪里延续以及为什么能延续，这样环保人士和资源管理者就能把精力集中到最需要关注的地方，”吉尔达尔表示。“像这样的自主系统可以帮助我们趁还来得及找到并保护这些生态系统中最关键的部分。”
更多信息： Seth McCammon
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