Коли я вперше побачив відео, де дрон пролітає крізь фонтан, який видихає кит, то подумав, що це монтаж. Виявилося, що так біологи збирають проби для лабораторії.
З того дня я інакше дивлюся на апарат у своєму рюкзаку. Та сама техніка, якою ми знімаємо захід сонця, допомагає вченим рахувати тварин, заглядати у вулкани й знаходити сліди давніх цивілізацій.
Розповім про найцікавіші приклади і про те, яке обладнання для цього ставлять на борт.
Чому дрони в науці стали незамінними
Раніше для аерофотознімків дослідникам потрібен був літак або гелікоптер. Це дорого, залежить від аеродрому і погано підходить для польотів на висоті кількох десятків метрів.
Дрон злітає з рюкзака прямо в полі. Його можна запускати щодня над тією самою ділянкою і порівнювати знімки, зроблені з однієї висоти та під одним кутом.
Друга перевага — безпека. Апарат летить туди, де людині ризиковано: до кратера, на край льодовика, у хмару попелу.
Третя — точність даних. Політ за маршрутом повторюється до метра, тому зміни на місцевості видно навіть тоді, коли на око вони непомітні.
Саме тому безпілотники сьогодні працюють у зоології, кліматології, геології та археології одночасно.
Моніторинг тварин за допомогою дронів
Зоологи одними з перших оцінили дрони. Тварина, яка бачить людину з біноклем, поводиться інакше, ніж тварина, над якою на пристойній висоті тихо висить маленький апарат.
Підрахунок популяцій з висоти
Колонії пінгвінів, лежбища тюленів, стада антилоп раніше рахували з землі або з літака. Помилка сягала десятків відсотків, бо частину тварин просто не було видно.
Дрон знімає колонію серією кадрів, а програма склеює їх в одну карту. Далі кожну особину можна порахувати на екрані без поспіху.
В Австралії дослідники шукають коал за допомогою тепловізорів на дронах. Сіру тварину серед листя евкаліпта важко помітити, а тепла пляма на холодному ранковому знімку видно одразу.
Для зоологів дрон корисний тим, що дає змогу:
- рахувати тварин у важкодоступних місцях без походу через болото чи скелі;
- стежити за міграцією однієї групи впродовж сезону;
- вимірювати розмір тварин за знімком і оцінювати їхню вгодованість;
- помічати поранених або заплутаних у сітках особин;
- фіксувати браконьєрські сліди на заповідних територіях.
Кожен такий виліт замінює кілька днів польової роботи й менше турбує тварин.
Проби без контакту з твариною
Найвідоміший приклад — проєкт SnotBot організації Ocean Alliance. Дрон із чашками Петрі пролітає через видих кита і повертається з краплями слизу.
З цих проб біологи отримують ДНК, дані про гормони стресу та мікроорганізми. Раніше для цього доводилося підходити до кита на човні й брати біопсію.
Подібний підхід пробують і на суші. Дрон із пробовідбірником збирає зразки води з озер, де живуть рідкісні види, а за слідами ДНК у воді вчені дізнаються, хто там мешкає.
Якщо вам подобається зйомка дикої природи, варто подивитися на неї і з цього боку: правильна висота та тиха поведінка апарата важливі не лише для гарного кадру.
«Важливо не припиняти ставити запитання». — Альберт Ейнштейн
Дрони для вивчення клімату
Клімат змінюється повільно, і щоб побачити різницю, потрібні регулярні точні вимірювання. Безпілотники дають саме таку регулярність.
Льодовики та полярні регіони
Гляціологи щороку знімають той самий льодовик за однаковим маршрутом. Із серії кадрів будується тривимірна модель, і на ній видно, на скільки метрів відступив край льоду.
В Арктиці дрони вимірюють температуру поверхні снігу та альбедо — здатність поверхні відбивати сонячне світло. Від цього показника залежить, як швидко тане лід.
Урагани, атмосфера і вулкани
Метеорологи американського агентства NOAA скидали невеликі дрони з літака-розвідника прямо в урагани. Апарати летіли в нижніх шарах шторму, куди пілотованому літаку заходити небезпечно, і передавали дані про вітер, тиск і вологість.
У 2019 році міжнародна команда вчених піднімала дрони над вулканом Манам у Папуа — Новій Гвінеї. Апарати брали проби газу з кратера, до якого людині не підійти.
За складом газу вулканологи оцінюють, скільки вуглекислоти виділяють вулкани і як змінюється їхня активність.
Навіть звичайний аматорський дрон із датчиком температури дає уявлення про те, як теплішає повітря над містом і полем. Спробуйте колись порівняти показники з різних висот.
Безпілотники в археологічних дослідженнях
Археолог бачить на землі купу каміння, а з висоти 50 метрів ця сама купа складається в обриси стін, доріг і курганів. Тому дрони в науці про минуле працюють не менш активно, ніж у біології.
Малюнки пустелі Наска
Найгучніша історія останніх років пов’язана з Перу. Дослідники японського університету Ямаґата поєднали знімки з дронів низького польоту і штучний інтелект від IBM.
За шість місяців польових робіт вони знайшли 303 нові геогліфи на плато Наска. До цього на пошук 430 фігур пішло майже сто років.
Більшість нових малюнків невеликі, у середньому близько дев’яти метрів. З літака вони губляться, а з дрона на малій висоті їх видно.
Що бачать тепловізор і лідар
Кам’яні стіни під землею нагріваються й охолоджуються не так, як ґрунт навколо. Тепловізор на дроні вловлює цю різницю на світанку, і на знімку проступають контури будівель.
Лідар посилає тисячі лазерних імпульсів. Частина з них проходить крізь крони дерев, і програма відтворює рельєф під лісом разом із залишками поселень.
Про те, як із таких знімків будують точні карти, ми вже писали окремо в статті про картографування. Для археолога це основний робочий інструмент перед розкопками.
Наукове обладнання на борту дрона
Сам апарат лише носій. Цінність дослідження залежить від того, який датчик на ньому стоїть.
| Датчик | Що фіксує | Де застосовують |
|---|---|---|
| RGB-камера | звичайне зображення | підрахунок тварин, 3D-моделі |
| Мультиспектральна камера | стан рослинності | ботаніка, екологія |
| Тепловізор | температуру поверхні | пошук тварин, археологія |
| Лідар | точний рельєф | археологія під лісом, геологія |
| Газоаналізатор | склад повітря | вулканологія, кліматологія |
| Пробовідбірник | зразки води чи слизу | біологія, гідрологія |
Часто на одному вильоті поєднують два датчики, наприклад камеру і тепловізор.
Як проходить науковий виліт
Дослідницький політ відрізняється від прогулянкового суворим порядком.
- Науковці визначають ділянку і складають маршрут з однаковим перекриттям кадрів.
- Команда отримує дозволи на польоти, особливо в заповідниках.
- Пілот калібрує датчики і перевіряє погоду.
- Дрон проходить маршрут в автоматичному режимі на заданій висоті.
- Дані переносять у програму для обробки та порівняння з попередніми вильотами.
Така дисципліна і робить знімки науковими даними, а не просто гарними картинками.
Обмеження дронів у дослідженнях
Техніка не вирішує всіх задач. Батареї вистачає на короткий політ, тому великі території знімають частинами і з кількома комплектами акумуляторів.
Погода диктує свої правила: сильний вітер, мороз і дощ скасовують виліт навіть тоді, коли експедиція вже на місці.
Тварини реагують на дрони по-різному. Птахи на гніздах можуть злякатися апарата, тому біологи спершу перевіряють безпечну висоту і лише потім працюють.
«Нічого в житті не варто боятися, його треба лише зрозуміти». — Марія Кюрі
Попри ці обмеження, дрони в науці вже стали таким самим звичним інструментом, як мікроскоп у лабораторії.
Коли я тепер піднімаю свій апарат над полем, то згадую той фонтан кита. Звичайна техніка в руках допитливої людини стає вікном у те, чого раніше ніхто не бачив.
Можливо, наступна знахідка чекає зовсім поруч, а першим її помітить саме пілот, який уважно дивиться на екран.
