Представьте, как исследователи морских глубин «созваниваются» друг с другом под водой, используя портативные рации. В недалеком будущем это, возможно, станет реальностью. Команда ученых из НовГУ с коллегами из китайских университетов изобрела опытный образец новой антенны для связи на очень низких частотах.
Под водой привычная беспроводная связь — непозволительная роскошь. Известно, что радиоволны легко распространяются по воздуху, но не справляются с этой же задачей в море. Проблема частично решается благодаря использованию звуковых волн. При этом подобный тип связи чувствителен к помехам и приводит к задержкам в скорости передачи информации.
Российско-китайская группа исследователей создала антенну из нового материала: в его основе — классическая пьезокерамика, состоящая из цирконата-титаната свинца. Ученые добавили в состав керамики марганец, сурьму и другие компоненты.
Испытания показали, что 14-сантиметровая антенна на основе инновационного материала создает магнитное поле, которое можно зафиксировать на расстоянии нескольких метров. Сигнал передачи данных от такой антенны распространяется максимум на 100 метров.
«Дальность связи можно повысить, применяя специальную геометрию антенны, а также используя несколько антенн, объединенных в массив. В общем, много разных способов, но также много проблем при их реализации. Несколько групп исследователей в мире пробуют разные способы, пытаясь достичь больших дальностей», — пояснил ученый Олег Соколов, соавтор исследования.
Команда ученых из Университета Хайфы и стартапа Skana Robotics разработала технологию, позволяющую группам подводных роботов обмениваться данными на больших расстояниях без всплытия на поверхность.
Исследователи тестируют новую акустическую навигационную систему, чтобы решить проблему, с которой океанологи борются уже много лет — как заставить несколько подводных роботов совместно наблюдать за океаном, действуя как рой
До сих пор подводные роботы для передачи данных друг другу были вынуждены подниматься на поверхность. Это очень неудобно, поскольку дроны могут обмениваться данными только в том случае, когда все находятся на поверхности, то есть время подъема надо синхронизировать, а для этого им нужно сначала «договориться». Но альтернатив не было.
Связь под водой крайне затруднена: радиоволны практически не распространяются в водной среде, оптические каналы работают только на расстоянии нескольких метров, а акустические сигналы имеют очень низкую пропускную способность — от десятков до десятков тысяч бит в секунду. Кроме того, акустическая связь страдает от высоких задержек и помех.
Теперь ученые создали систему управления группой подводных беспилотных аппаратов. Система решает одну из главных проблем подводных групповых операций — коммуникацию между аппаратами.
Подводные дроны общаются на языке, семантически похожем на речь человека
Прорыв заключается не в новом типе сигнала, а в радикально более эффективном использовании существующих акустических каналов. Профессор Тедди Лазебник из Хайфского университета, возглавлявший исследование, разработал алгоритмы «семантического сжатия». Вместо передачи сырых данных сенсоров система отправляет компактные сообщения высокого уровня: что робот обнаружил, где остается неопределенность, какие действия он предлагает предпринять. Это позволяет втиснуть критически важную информацию в узкий акустический канал.
Несколько подводных аппаратов разных типов, связываются под водой.
Система связи позволяет реализовать распределенное планирование. Аппараты могут самостоятельно принимать решения о перераспределении задач: передать обнаруженный объект ближайшему соседу, сформировать поисковую линию или перенаправить часть группы на инспекцию, продолжая работать в рамках общей миссии флота.
Vera™ — это программируемое командное ядро, встроенное в каждое судно, которое отвечает за выполнение и контроль логики миссии на борту. Основанная на ROS2, Vera преобразует директивы всего флота в локальные автономные действия.
Тедди Лазебник объясняет, что команда намеренно отказалась от новейших ИИ-технологий в том числе от больших языковых моделей в пользу более проверенных и математически обоснованных алгоритмов. Они дают более предсказуемые и проверяемые результаты. Современные нейросети мощнее, но их поведение более «шаткое», что критично для военных применений.
Система дает возможность развертывать сотни беспилотных аппаратов в одной операции с координацией действий как на поверхности, так и под водой. Помимо оборонных задач, технология может применяться для защиты и охраны подводной инфраструктуры.
Международная группа ученых во время экспедиции, организованной Океаническим институтом Шмидта, обнаружила более сотни новых видов, обитающих в юго-восточной части Тихого океана, у побережья Чили, которые ранее именно в этих местах не встречались.
Рыба из семейства лучеперых рыб хаунаксовых (Chaunacidae)
Ученые использовали подводного робота, способного опускаться на глубину до 4500 метров, и с его помощью смогли запечатлеть 52 777 квадратных километров морского дна, на котором исследователи заметили множество видов животных и растений.
Природа, конечно, восхищает нас своим многообразием форм, цветов, текстур и размеров. Особенно причудливой для нас становится недосягаемая глубина океана. А ведь там живут совершенно другие существа, нежели те, что плавают под солнцем. Вы видели, как выглядят самые уродливые в мире рыбы?
Нас не пугают гуппи, петушки и барбусы, потому что мы не раз видели их в аквариуме. А в условиях, когда на тебя давит толща воды, вокруг нет никакого света кроме флуоресцентных рачков и светильников удильщиков, а вода не бывает теплее 1 градуса по Цельсию, не получится смотреться в зеркало и выглядеть красиво. Да и незачем это в экстремально некомфортном месте. У самых уродливых в мире рыб лишь одна цель: приспособиться и выжить.
Рыба-пеликан или пеликановидный большерот
Рыба-пеликан (Eurypharynx pelecanoides) — единственный вид в роде большеротов (Eurypharynx) и семействе большеротовых. Очевидно, почему эта рыба так называется. У нее действительно огромный рот: подвижная нижняя челюсть позволяет им заглатывать организмы больше самих себя. Но большероты не злоупотребляют: в их желудках не находили пищи длиннее 10 см. Это дает основание считать, что едят они, как киты: открывают рот, а уж отделять еду от воды будет сам организм.
Вот уж действительно большой рот! Словно зонтик проглотил
Большерот обитает на глубине 500-3000 метров. Это жуткая темнота. И к отсутствию света эта рыба приспособлена отлично. Во-первых, у нее полностью черная кожа: так ее не замечают недоброжелатели. Во-вторых, на кончике ее хвоста находится мешочек с фотофором. Рыба-пеликан может изгибать хвост и с легкостью съесть добычу, которую приманила.
Рыба-гадюка или хаулиод
Рыбы-гадюки (Chauliodus) в действительности не так уж страшны, ведь в длину достигают максимум 30 сантиметров — как лист А4. Днем они обитают ближе ко дну, а ночью поднимаются вслед за мигрирующими рачками. Кстати, у хаулиодов есть целый арсенал для охоты: фотофоры вдоль всего туловища, эластичный желудок и, конечно же, прозрачные длинные и острые зубы. Они, кстати, могут проткнуть мозг рыбы, если она закроет рот.
Твое лицо, когда съели твой йогурт, который ты специально спрятал за кастрюлей в холодильнике
Эволюционно нижняя челюсть рыбы-гадюки выдвинулась вперед. Суставы позволяют ей открывать рот на 90-100°! Это позволяет рыбе проглотить пищу побольше и не есть 2 недели. И она пользуется этим: если добыча особенно крупна, хаулиод способен отодвинуть сердце подальше от переваривающейся пищи. Особенно актуально, когда жертва еще жива, а уже съедена. Жуть.
Рыба-топорик или клинобрюшка
Рыба-топорик (Sternoptychidae) насчитывает 73 вида. Объединяет их форм-фактор: плоское и высокое туловище резко утоньшается ближе к хвосту. Рыба действительно похожа на топор с мелкой рукояткой. Эти существа и окраской «косят» под орудие труда: обычно они блестящего металлического цвета. И, согласно моде всех глубоководных, рыба-топорик обладает флуоресцентным свечением: фотофоры расположены на нижней части тела.
Получается, это не рыба-топор, а рыба-топ? Или рыба-ор? Ведь до топора не дотягивает...
Сильный холод рыбки-топорики не любят: обитают они в тропических и субтропических водах Атлантического, Индийского и Тихого океанов. И они выглядят внушительно-зеркально только по бокам. Если посмотреть на клинобрюшку в анфас, ее можно... не обнаружить вовсе. Ведь толщина некоторых видов достигает лишь пары миллиметров! Эти рыбы тоже мигрируют ежедневно: вверх ночью, а вниз — днем. Это связано с тем, что питаются рыбы-топорики кочующим планктоном.
Рыба-ремень или сельдяной король
Рыба-ремень (Regalecus glesne) — это редкий и малоизученный вид глубоководной рыбы, внесенный в Книгу рекордов Гиннесса. Ее полупрозрачное тело порой превышает 8 метров, а рекордный экземпляр достигал 11 метров. Эту змеевидную рыбу легко узнать по ярко-красным плавникам, идущим вдоль всего тела, и гриве из удлиненных лучей на голове, образующих своеобразную «корону». Она не способна к активной погоне и предпочитает экономить силы, дрейфуя в толще воды головой вверх и подстерегая добычу.
Историческое фото ремня-рыбы
Рыбу-ремень еще называют сельдяным королем, потому что ее можно встретить неподалеку от косяков сельди. Но это глубоководное существо имеет и более жуткое имя: «рыба судного дня». Это связано с загадочными совпадениями, когда она выбрасывается на берег перед катастрофами вроде землетрясений. Впрочем, ученые не установили сейсмическую чувствительность этих рыб. Они же изучены мало.
Малоротая макропинна или бочкоглаз
Бочкоглаз (Macropinna microstoma): эта небольшая, до 15 см, рыба — живая микросубмарина. Ее уникальная черта — прозрачный куполообразный лоб, заполненный прозрачной жидкостью, а под ним находятся ярко-зеленые трубчатые глаза. Такое строение защищает чувствительные глаза. Но долгое время это ставило ученых в тупик: считалось, что глаза смотрят только вверх, подобно биноклю, а рот находится ниже. Как эта рыба вообще охотится?
Когда попросил у папы-рыбака на день рождения игрушечную подводную лодку...
Разгадка пришла при наблюдениях за живыми особями. Оказалось, макропинна способна вращать глазами внутри прозрачного щита, меняя поле зрения с верхнего на фронтальное. Это позволяет ей сначала заметить добычу (мелких рачков) сверху, на фоне слабого солнечного света, а затем повернуть глаза вперед, чтобы точно схватить ее небольшим ртом. Таким образом, она идеально приспособлена для жизни в сумеречной зоне океана. Ай да бочкоглаз!
Малоглазый макрурус или долгохвост
Малоглазый макрурус (Coryphaenoides pectoralis) — типичный представитель семейства долгохвостов, или гренадеров, напоминающий помесь угря с... грызуном. Его вытянутое тело длиной до 1 метра заканчивается длинным, тонким хвостом, похожим на крысиный. Живет он на материковых склонах на глубинах от 200 до 2200 метров, медленно плавая у самого дна в поисках пищи.
Часто малоглазого долгохвоста путают с черным гренадером. Кстати, обе эти рыбы считаются деликатесами из-за своего чистого мяса
Основной рацион макруруса составляют донные беспозвоночные — черви, ракообразные, а также остатки погибших организмов, опускающихся на дно («морской снег»). Для ориентации в полной темноте он использует не столько зрение, сколько развитую боковую линию, улавливающую малейшие колебания воды, и обоняние. Эта рыба — важное звено в глубоководной экосистеме, перерабатывающее органику на дне.
Рыба-светофор или черный малакост
Рыба-светофор (Malacosteus niger) — хищное чудовище из семейства топориковых, чье тело редко превышает 20 см. Свое название она получила за сложную систему биолюминесценции: по бокам ее тела расположены ряды фотофоров, которые могут светиться красным и сине-зеленым светом. В мире глубин, где большинство существ видят только синий свет, способность излучать и видеть красный — это секретное оружие.
А-а-а! Уберите этого кузнечика! Кстати, когда там зеленый загорится?
С помощью красных «фар» рыба-светофор может подсветить добычу (мелких рачков и рыб), оставаясь невидимой для них, так как их глаза не воспринимают этот цвет. Затем она использует короткую атаку, хватая жертву острыми зубами. Сине-зеленый свет, вероятно, служит для коммуникации с сородичами. Эта хитрая система делает ее успешным и скрытным охотником в условиях вечной темноты. Кстати, это единственная рыба-дракон, не поднимающаяся ночью повыше. И хорошо.
Рыба-клыкач
Взрослые клыкачи (Dissostichus) — это гиганты холодных глубин, достигающие в длину 2 метров и веса более 100 кг. Два известных вида — антарктический (Dissostichus mawsoni) и патагонский (Dissostichus eleginoides) клыкачи — обитают в водах Антарктики и субантарктики на глубинах от нескольких сотен до 2500 метров. Это массивные, медлительные рыбы с крупной головой, которых ценят за вкусное, плотное белое мясо, часто называемое «белым золотом Антарктики».
Всего существует 2 вида клыкачей: антарктический и патагонский
Уникальная черта этих рыб — способность производить природный «антифриз». В их крови и тканях содержатся особые гликопротеины, которые препятствуют образованию кристаллов льда даже при температуре воды ниже точки замерзания (-1.9°C). Это позволяет им комфортно жить в ледяных глубинных водах Южного океана. Клыкачи — долгожители (живут более 50 лет) и медленно растут, что делает их популяции крайне уязвимыми для промысла, который ведется судами многих стран.
Мегаломиктер или Китовидковый
Рыбы рода мегаломиктер (Megalomycter teevani) — обладатели одного из самых чудовищных укусов в океане относительно размеров тела. Эти небольшие, около 25 см, хищники из семейства хиазмодовых имеют уникальное строение черепа. Их нижняя челюсть состоит из двух независимых половин, соединенных эластичной связкой. Когда рыба открывает пасть, эти половины растягиваются в стороны, резко увеличивая объем глотки. Укусит так укусит!
Мегаломиктеры — это такие рыбы, личинку, самца и самку которых раньше считали разными видами!
Большой и подвижный рот позволяет мегаломиктеру заглатывать добычу, намного превосходящую его по размеру, подобно змее. Обитая на глубинах около 2000 метров, он охотится на крупных рыб и кальмаров, используя элемент неожиданности. После такой трапезы он может обходиться без еды очень долго. Его гибкие челюсти — эволюционный ответ на крайнюю непредсказуемость появления крупной пищи в глубинах океана.
Алепизавр
Нет, это не подводный динозавр. Алепизавры (Alepisaurus), или «бесчешуйные рыбы-ящеры», — стремительные хищники длиной до 2 метров. Их легко узнать по высокому спинному плавнику, идущему почти вдоль всей спины, как у рыбы-парусника, и длинному заостренному рылу. У них нет чешуи, а кожа настолько тонка, что через нее просвечивают мышцы и позвоночник. Обитают они в толще воды на глубинах до 1800 метров, но часто поднимаются к поверхности.
Теперь вопрос, почему эта рыба — «завр», исчерпан
Эти рыбы — одиночные и крайне прожорливые охотники. В их желудках находили самых разных животных: от рыб и кальмаров до своих же сородичей. Высокий плавник не складывается и, вероятно, служит стабилизатором при резких бросках. Алепизавр тратит много энергии и потому вынужден постоянно охотиться, патрулируя огромные объемы воды в поисках любой подходящей добычи, что делает его грозным бродягой глубоководных просторов. Не в коня корм!
Яйцевидная мертензия — очень странное животное, обитающее подо льдом Северного Ледовитого океана. Выглядит как переливающийся прозрачный пакет с длинными волосатыми щупальцами.
Мертензия относится к гребневикам. Это очень древняя группа организмов, они водились в морях уже полмиллиарда лет назад. У них нет кровеносной системы, нет органов дыхания, а нервные клетки тонким слоем размазаны по поверхности. Они способны отвечать только на простейшие раздражители.
Каждая уважающая себя мертензия имеет парочку огромных, до метра в длину, щупалец. Это в 20 раз больше самого тела. Каждое из них усеяно... другими щупальцами длиной в 5-10 сантиметров. Чтобы не путаться, учёные называют 2 больших щупальца тентаклями, а маленькие — тентикулами.
Во время подводного плавания мертензия держит щупальца расправленными и получает сеть площадью около квадратного метра. Все водоросли, личинки рачков, планктон и даже мальки рыб, попытавшиеся прорваться через заграждение, влипают в него. Каждая тентикула покрыта коллобластами — клетками, вырабатывающими клейкий секрет. Получается что-то вроде переносной паутины. Когда вкусняшек налипло достаточно, мертензия притягивает к себе щупальце и проглатывает всю налипшую добычу. Под воздействием ферментов еда расщепляется на питательные вещества и распределяется по телу. Когда обед заканчивается, щупальце снова разворачивается в «боевое» положение.
Стороннему наблюдателю может показаться, что это животное бесцельно и бессмысленно блуждает по океану, ведь у него нет видимых вооружённым взглядом органов чувств. Но на деле её тело анализирует химический состав воды, а специальный орган высчитывает её температуру и глубину погружения мертензии.
Этого комплекта органов хватает, чтобы находить скопления криля и готовых к размножению представителей своего вида. Впрочем, животина может обойтись и без пары. Мертензии — гермафродиты, а каждая особь производит как сперматозоиды, так и яйцеклетки. В случае необходимости они могут просто оплодотворить сами себя. Сделать это несложно. Достаточно выбросить половые клетки в воду одновременно. Остальное сделают течения.
Комментарии