Назревает битва за судьбу глубокого океана. Огромные участки морского дна богаты металлами — никелем, медью, кобальтом, цинком — которые играют ключевую роль в производстве аккумуляторов для электромобилей, солнечных панелей и смартфонов. Горнодобывающие компании предложили очистить темное пространство пылесосом для обеспечения поставок металлоемких технологий. Морские ученые и защитники окружающей среды выступают против таких планов, предупреждая об огромном и потенциально необратимом ущербе хрупким экосистемам.
Его компания, Pliant Energy Systems , построила нечто похожее на черного механического ската. Его мягкие, волнистые ласты используют гиперболическую геометрию для движения в виде бегущей волны, продвигая устройство размером со скейтборд через воду. В просторной прибрежной лаборатории в Бруклине, штат Нью-Йорк, команда Филардо разрабатывает инструменты и алгоритмы для преобразования робота в автономное устройство, оснащенное захватами. Их цель — вытащить полиметаллические конкреции — залежи драгоценных руд размером с картофель — с морского дна, не нарушая ценных мест обитания.
«С одной стороны, нам нужны эти металлы для электризации и декарбонизации. С другой стороны, люди опасаются, что мы уничтожим экосистемы глубоководных океанов, о которых мы очень мало знаем », — сказал Филардо. Он описал глубоководную добычу полезных ископаемых как «приложение-убийцу» для робота Pliant — потенциально прибыльное использование минимально инвазивного дизайна стартапа.
Насколько глубоко и где будет вестись разработка морей, в конечном итоге зависит от Международного органа по морскому дну (ISA), группы из 168 стран-членов. Ожидается, что в октябре межправительственный орган примет всеобъемлющий набор технических и экологических стандартов, известный как Горнодобывающий кодекс , который может открыть для частных компаний путь к доступу на большие участки морского дна.
ISA уже выдало подрядчикам 30 разрешений на разведку в частях Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Более половины разрешений предназначены для разведки полиметаллических конкреций, в основном в зоне Кларион-Клиппертон, горячей точке к югу от Гавайев и к западу от Мексики.
Исследователи тестируют технологию добычи конкреций с 1970-х годов, в основном в национальных водах. Существующие подходы включают подметание морского дна с помощью землесосов с гидравлическим всасыванием для откачки наносов, фильтрации минералов и сброса полученного шлама в океан или хвостохранилища. В Индии Национальный институт океанических технологий строит гусеничный «гусеничный» корабль с большим ковшом для сбора, измельчения и перекачки конкреций на базовый корабль.
Сторонники горнодобывающей промышленности говорят, что такие методы лучше для людей и окружающей среды, чем опасные, эксплуататорские методы добычи на суше. Тем не менее, эксперты по океану предупреждают, что взбалтывание отложений и вытеснение организмов, которые живут на конкрециях, могут разрушить глубоководные среды обитания, на формирование которых ушли миллионы лет.
«Одна вещь, о которой я часто говорю, это:« Как нам исправить это, если мы сломаем его? Как мы узнаем, что сломали его? »- сказала Синди Ли Ван Довер , глубоководный биолог и профессор Школы окружающей среды Николая при Университете Дьюка. Она сказала, что требуется гораздо больше исследований, чтобы понять потенциальное воздействие на экосистемы океана, которые способствуют развитию рыболовства, поглощают углекислый газ и производят большую часть кислорода Земли.
Также необходима значительная работа по превращению роботов в сборщиков металла, которые могут работать на глубине 6000 метров под поверхностью океана.
Фотография: Pliant Energy SystemsБывшие инженеры Pliant Дэниел Циммерман (справа) и Майкл Вейкер работают над прототипом, который использует энергию рек и ручьев — предшественника Velox.
Первый прототип Pliant, названный Velox, может перемещаться в глубинах плавательного бассейна и в «зоне прибоя» на мелководье океана, где волны разбиваются о песок. Внутри Velox встроенный ЦП распределяет мощность по исполнительным механизмам, которые управляют волнообразными движениями гибких ребер. В отличие от пропеллерного подруливающего устройства, в котором для перемещения небольших струй воды с высокой скоростью используется быстро вращающаяся лопасть, волнообразные плавники Pliant перемещают большие объемы воды с низкой скоростью. По словам Филардо, используя большую площадь водной поверхности, робот может совершать быстрые локальные маневры, используя относительно небольшой заряд батареи, что позволяет устройству работать в течение более длительных периодов времени, прежде чем потребуется подзарядка.
По его словам, конструкция также способствует меньшему скоплению отложений на морском дне, что является потенциальным преимуществом для сложных глубоководных условий.
Бруклинская компания сотрудничает с Массачусетским технологическим институтом для разработки более крупного робота следующего поколения под названием C-Ray. Это высокоманевренное устройство будет крутиться и катиться, как калан. Используя металлоискатели и сочетание аппаратного обеспечения камеры и компьютерных алгоритмов, C-Ray, вероятно, будет использоваться для наблюдения за зоной прибоя на предмет потенциальных опасностей для ВМС США, которые спонсируют исследовательскую программу.
Иллюстрация: Pliant Energy SystemsКонцептуальная иллюстрация роботов C-Ray, собирающих глубоководные полиметаллические конкреции.
В конечном итоге партнеры стремятся развернуть «рой» автономных C-лучей, которые обмениваются данными через «коллективный разум» — приложения, которые также могут служить для добычи полиметаллических конкреций. Pliant предполагает запуск сотен оборудованных захватами роботов, которые бродят по морскому дну и помещают конкреции в клетки, которые всплывают на поверхность в заполненных газом подъемных мешках. Филардо предположил, что C-Ray может также заменять узелки менее ценными камнями, позволяя организмам снова расти на морском дне.
Отдельный проект в Италии может также дать новые инструменты для извлечения богатых металлом сфер.
SILVER2 — шестиногий робот, который может ощупывать темное и мутное морское дно без помощи камер или лазеров , часто толкая свои ноги .
«Мы начали смотреть на то , что делали подводные крабы,» сказал Марчелло Calisti , ассистент профессора в BioRobotics институте , в Sant’Anna школы передовых исследований. Он сравнил эти движения с людьми, которые ходят по пояс в воде и используют песок в качестве рычага, или с «игроком» на речной лодке с плоским дном, который использует длинный деревянный шест для продвижения судна вперед.
Фото: Институт биороботики / Школа перспективных исследований Сант’Анна
Калисти и его коллеги провели большую часть июля в приморской лаборатории в Ливорно, Италия, тестируя 20-килограммовый прототип на мелководье. SILVER2 оснащен мягким эластичным захватом, который мягко обхватывает предметы, как будто кладет их в ладонь. Исследователи использовали робота-краба, чтобы собрать пластиковый мусор на морском дне и поместить его в центральный бункер.
Хотя SILVER2 не предназначен для глубоководной добычи полезных ископаемых, Калисти сказал, что он может предвидеть потенциальные применения в этом секторе, если его команда сможет масштабировать технологию.
Для таких разработчиков, как Pliant, их способность привлекать финансирование и создавать роботов для добычи полезных ископаемых будет во многом зависеть от следующего заседания Международного органа по морскому дну. Противники добычи полезных ископаемых в океане настаивают на том, чтобы приостановить обсуждения Горного кодекса, чтобы дать ученым больше времени для оценки рисков и позволить таким компаниям, как Tesla или Apple, разрабатывать технологии, требующие меньшего количества металлических деталей или других. S Уч нормативная неопределенность может убедить инвесторов от поддержки новых горных подходов , которые никогда не могут быть использованы.
Биолог Ван Довер сказала, что она не выступает категорически против Горного кодекса; скорее, правила должны включать строгие положения, такие как требования по мониторингу воздействия на окружающую среду и немедленную остановку операций при обнаружении повреждений. «Я не понимаю, почему код не может быть так хорошо написан, чтобы не допустить ошибки ISA», — сказала она.