نقشه برداری از اقیانوس با حسگرهای مستقل | اخبار MIT

در اواخر اکتبر 2025، طوفان گرمسیری ملیسا در دریای کارائیب با وزش بادهای معتدل حرکت کرد که توجه زیادی را به خود جلب نکرد. اما در 25 اکتبر، با کمک تکه ای از اقیانوس گرم، طوفان به سرعت تشدید شد. زمانی که به جامائیکا رسید، یکی از قوی‌ترین طوفان‌های اقیانوس اطلس بود که درختان را ریشه کن کرد، سقف ساختمان‌ها را پاره کرد و باعث سیل فاجعه‌بار و قطع برق شد.

Ravi Pappu SM ’95, PhD ’01 دلیل این شگفتی را ناتوانی ما در جمع آوری داده های اقیانوسی با کیفیت بالا می داند.

پاپو توضیح می‌دهد: «طوفان به دلیل وجود استخر کوچکی از آب داغ در اقیانوس کارائیب که به آن انرژی می‌داد شدت گرفت. این استخرها همه جا هستند. آنها می توانند صدها کیلومتر عرض داشته باشند و به معنای واقعی کلمه برای ما نامرئی هستند. اگر ما در مورد آن استخر می دانستیم، می توانستیم به طور بسیار دقیق بگوییم که طوفان چگونه تشدید می شود و بهتر با آن مقابله می کنیم.

پاپو فکر می کند راهی برای حل این مشکل دارد. او بنیانگذار Apeiron Labs است، شرکتی که حسگرهای اقیانوسی خودمختار کم‌هزینه را برای گرفتن داده‌های بیشتر، در مکان‌های بیشتر و با هزینه‌ای کمتر از آنچه امروز ممکن است، به کار می‌گیرد. دستگاه‌های این شرکت در اقیانوس‌ها تا یک چهارم مایل زیر سطح پرسه می‌زنند و به طور مداوم داده‌هایی را در مورد دما، آکوستیک، شوری و موارد دیگر جمع‌آوری می‌کنند و نگاهی بی‌درنگ به یکی از آخرین اسرار شناخته شده سیاره ارائه می‌دهند. او می گوید که حسگرها می توانند همان کاری را که ماهواره های کوچک و مدولار CubeSat برای رصد زمین از فضا انجام دادند، برای اقیانوس انجام دهند.

وقتی دستگاه ها آماده شارژ شدن هستند، ردیاب ها برداشتن آنها از سطح اقیانوس را آسان می کنند. پاپو در نظر دارد که روند بازیابی توسط قایق های خودران در آینده انجام شود.

پاپو می‌گوید: «بشریت به اندازه‌گیری‌های اقیانوسی نیاز دارد، و ما به آن‌ها در مقیاسی نیاز داریم که قبلاً هرگز انجام نشده بود. “این یک مشکل بسیار سخت است. در قرن گذشته، اقیانوس شناسان خود را کنار گذاشتند و آن را قرن کم نمونه برداری نامیدند. اگر ما موفق باشیم، درک بسیار دقیق تری از اقیانوس های خود و نحوه تاثیر آنها بر انسان ها خواهیم داشت. این چیزی است که ما را هدایت می کند.”

مشق شب

پاپو پس از انجام یک تکلیف 10 ساله به MIT آمد. از زمانی که او کودک بود در هند در دهه 1980 شروع شد، زمانی که یک هولوگرام را روی جلد دید. نشنال جئوگرافیک برای اولین بار

پاپو به یاد می‌آورد: «من آنقدر تحت تأثیر آن قرار گرفتم که به این نتیجه رسیدم که باید یاد بگیرم چگونه آن تصاویر سه بعدی را بسازم. “من آنچه را که می توانستم با خواندن کتاب ها و مقاله ها یاد گرفتم. نمی دانستم چه کسی هولوگرام را اختراع کرده است تا زمانی که کتابی در مورد آزمایشگاه رسانه MIT مطالعه کردم. کتاب نام فردی که هولوگرام رنگین کمان را اختراع کرد، بود، بنابراین نامه ای برای او نوشتم. آدرس او را نمی دانستم، بنابراین فقط روی پاکت نامه نوشتم “Steve Benerton”, MIT.

در کمال تعجب پاپو، نامه به دست بنتون رسید و استاد سابق آزمایشگاه رسانه‌ای حتی در مورد موضوعات دیگری که باید درباره آن یاد می‌گرفت، پاسخ داد.

پاپو هرگز آن را فراموش نکرد. او مدرک لیسانس خود را در رشته مهندسی برق در هند گرفت، سپس مدرک کارشناسی ارشد خود را در دانشگاه ویلانووا گرفت و در تمام کلاس های اپتیک که می توانست شرکت کرد.

پاپو می‌گوید: «سرانجام، حدود 10 سال پس از اینکه اولین هولوگرام خود را دیدم، به استیو نوشتم و گفتم: «تمام این کارهایی را که از من پرسیدی انجام دادم، حالا می‌خواهم با تو درس بخوانم». اینگونه بود که وارد MIT شدم.

پاپو سه سال بعد زیر نظر بنتون تحصیل کرد. او همچنین زیر نظر پروفسور نیل گرشنفلد به عنوان بخشی از دکترای خود تحصیل کرد. پس از فارغ التحصیلی، پاپو و چهار همکلاسی خود ThingMagic را راه اندازی کردند، یک شرکت مشاوره که در نهایت خوانندگان RFID را فروخت. ThingMagic در سال 2010 خریداری شد. پاپو به مدت دو سال به عنوان دانشمند مهمان در حوالی زمان کسب به MIT بازگشت.

به دنبال آن تجربه، پاپو در In-Q-Tel، سازمانی که در ThingMagic و سایر شرکت‌هایی که پتانسیل پیشرفت امنیت ملی را داشتند، سرمایه‌گذاری کرد. آنجا بود که پاپو متوجه شد که جهان چقدر به سنجش اقیانوس در مقیاس بزرگ و ارزان نیاز دارد.

پاپو می‌گوید: «تمام اقیانوس‌ها تا آن نقطه، و حتی امروز، درباره ساختن یک چیز واقعاً گران‌قیمت بود که 20 میلیون دلار هزینه داشت، به اعماق اقیانوس می‌رفت و پنج سال در آنجا می‌ماند». ما به چیزهایی نیاز داشتیم که ارزان و مقیاس پذیر باشند تا تا زمانی که بخواهید در هر کجا که به آنها نیاز دارید، مستقر کنیم.

پاپو در سال 2022 آزمایشگاه Apeiron را به طور رسمی تأسیس کرد.

پاپو می‌گوید: «چیزی که ما روی آن تمرکز کرده‌ایم این است که بفهمیم اقیانوس چگونه کار می‌کند. چقدر گرم است؟ pH چقدر است؟ چقدر شور است؟ این چیزها از مکانی به مکان دیگر هر 10 کیلومتر یا بیشتر متفاوت است. در طول زمان تغییر می کند و بر اساس فصل تغییر می کند. اگر جزئیات اقیانوس را با همان وفاداری که به جو داریم می دانستیم، می توانستیم دقیقاً زمان و مکان وقوع طوفان ها را بگوییم. این به معنای عدم اطمینان کمتر است.

دستگاه های سنجش اقیانوس Apeiron هر کدام 3 فوت طول و حدود 20 پوند دارند. آنها طوری طراحی شده اند که از قایق یا هواپیما با چترهای زیست تخریب پذیر رها شوند و به مدت شش ماه در اقیانوس بمانند. هر دستگاه به طور مداوم داده ها را به ابر ارسال می کند، از طریق یک سیستم عامل اقیانوس مبتنی بر ابر قابل کنترل است و با تلفن همراه قابل دسترسی است.

راپو می‌گوید: «ما ردپای کربن و هزینه جمع‌آوری داده‌های اقیانوس را کاهش می‌دهیم زیرا هر چیز دیگری به یک کشتی دیزلی نیاز دارد – و یک کشتی با خدمه کامل 100000 دلار در روز هزینه دارد. زمانی که اولین داده‌ها را در مدل قدیمی جمع‌آوری می‌کنید، علاوه بر میلیون‌ها دلار برای حسگرها، متعهد به پول زیادی شده‌اید.

دستگاه‌های این شرکت در حال حاضر دارای دو نوع حسگر هستند: یکی برای اندازه‌گیری شوری، دما و عمق، و دیگری که از هیدروفون برای گوش دادن غیرفعال به چیزهایی مانند زیردریایی‌ها و نهنگ‌ها استفاده می‌کند.

این می تواند برای تشخیص تماس ها و کلیک های کم فرکانس نهنگ ها و سایر گونه های ماهی در حال انقراض استفاده شود. در حال حاضر، ماهیگیران باید به صورت دستی و با ردیاب ها در کشتی ها یا هواپیماها به دنبال نهنگ ها بگردند. همچنین می‌توان از این داده‌ها برای بهبود پیش‌بینی آب‌وهوا، نظارت بر سر و صدای پروژه‌های انرژی دریایی و ردیابی جریان‌ها استفاده کرد.

پاپو می‌گوید: «جریان‌ها توسط دما و شوری تعیین می‌شوند، بنابراین اگر نشت نفت وجود داشته باشد، داده‌های ما می‌تواند به تعیین اینکه این نشت کجا می‌رود، کمک کند. «یا اگر ماهیگیر هستید، دانستن اینکه آب در کجا از گرم به سرد تغییر می‌کند، یعنی جایی که ماهی‌ها در آنجا هستند، بسیار مفید است.»

اقیانوسی از امکانات

آزمایشگاه Apeiron در دو سال گذشته با آژانس های دفاعی دولتی از جمله نیروی دریایی ایالات متحده کار کرده است. این شرکت همچنین دستگاه های خود را در سواحل کالیفرنیا و در بندر بوستون آزمایش کرده است.

مهم‌ترین چیز این است که وقتی رویکرد خود و آنچه را که تاکنون نشان داده‌ایم به مردم نشان می‌دهیم، دیگر نمی‌پرسند، آیا می‌توان این کار را انجام داد؟ آنها می پرسند، “با آن چه کنیم؟” پاپو می گوید. “مشتریان ما دهه ها را در اقیانوس کار کرده اند و آنها می دانند که این قابلیت ها چقدر جدید هستند.”

از بین همه احتمالات، پیش بینی طوفان بهبود یافته می تواند چیزی باشد که پاپو بیشتر از همه در مورد آن هیجان زده است.

پاپو می‌گوید: «مأموریت ما کاهش موانع برای داده‌های اقیانوسی است. اقیانوس عامل تعیین کننده بزرگی برای آب و هوا، آب و هوا و پیش‌بینی کوتاه‌مدت است. علی‌رغم تلاش‌های ما برای پیش‌بینی شدت طوفان‌ها، تغییرات ناگهانی هنوز عادی هستند و بیشتر آن به عدم درک اقیانوس‌هایمان برمی‌گردد. اگر ما این چیزها را در دوره‌های زمانی طولانی و مقیاس‌های فضایی دقیق‌تر زیر نظر داشته باشیم، می‌توانستیم این طوفان‌های زودتر را ببینیم.