Nya farkoster ska nå svårtillgängliga delar av polarområdena

Satelliter, fasta mätstationer och forskningsexpeditioner ger viktig kunskap om polarområdena, men når inte överallt. Särskilt svårt är det att göra observationer under havsytan, isen eller i marken. En ytterligare utmaning är att samla in dessa observationer i extrema och svårtillgängliga miljöer.

– Vi behöver kunna nå platser som i dag är mycket svåra eller omöjliga att observera, säger Martin Jakobsson, professor i maringeologi och geofysik vid Institutionen för geologiska vetenskaper på Stockholms universitet.

Därför vill forskarna utveckla autonoma farkoster, drönare och sensornätverk som kan arbeta tillsammans och samla in data under längre perioder utan ständig styrning från människor.

Autonoma farkoster ska göra mätningar under isen

Ett område som forskarna vill undersöka närmare finns under flytande istungor och shelfisar (glaciäris som har nått ut i havet och fortfarande sitter ihop med glaciären på land), där relativt varmt havsvatten på en del platser möter isen. Processerna där kan ha stor betydelse för hur snabbt isen smälter och därmed påverka havsnivåhöjningen. Samtidigt är det en av de allra svåraste miljöerna att observera.

– Vi har redan använt autonoma undervattensfarkoster och lyckats nå in under vissa shelfisar. Men vi vill kunna göra observationerna säkrare och mer systematiskt över större områden och kombinera dem med fysisk, kemisk och biologisk provtagning, säger Martin Jakobsson.

AI ska hjälpa farkosterna att reagera på nya observationer

På sikt är ambitionen att sensorer och AI ska göra det möjligt för farkosterna att reagera på vad de upptäcker, i stället för att bara följa en förutbestämd rutt. En undervattensfarkost som upptäcker en oväntad förändring nära isen skulle exempelvis kunna göra fler mätningar eller ta prover på just den platsen.

– Det skulle vara ett stort steg från att programmera en farkost att följa en bestämd rutt. Systemen behöver kunna tolka sin omgivning och fatta beslut, samtidigt som de måste navigera säkert och planera hur de ska använda sin begränsade energi, säger Martin Jakobsson.

Extrema miljöer ställer höga krav

Att få autonoma system att fungera under lång tid i polarområden är samtidigt en stor teknisk utmaning. Kyla, is, mörker och hårt väder ställer höga krav på bland annat energiförsörjning, sensorer och navigation.

– Långt in under tjock havsis eller en shelfis kan en undervattensfarkost inte gå upp till ytan för att få en GPS-position eller kommunicera. Om något går fel kan farkosten dessutom vara omöjlig att hämta, säger Martin Jakobsson.

Systemen behöver därför kunna hantera oväntade situationer utan ständig kontakt med människor. Just därför är polarområdena också en krävande testmiljö. Teknik som fungerar där kan få betydelse även på andra håll, till exempel för miljöövervakning, sjöfart, kritisk infrastruktur och beredskap.

– Om vi utvecklar alltmer autonoma system behöver vi också fundera på hur tekniken och den data som samlas in ska användas ansvarsfullt, säger Martin Jakobsson.

På längre sikt hoppas forskarna att nya observationssystem ska kunna ge en mer kontinuerlig och tredimensionell bild av förändringarna i polarområdena.

Polarforskning möter robotik, AI och sensorteknik

De vetenskapliga frågorna ska styra vilken teknik som utvecklas. Därför behöver forskare inom bland annat klimat, oceanografi, glaciologi, geologi, atmosfär, permafrost och ekosystem arbeta tillsammans med forskare och ingenjörer inom robotik, AI, sensorteknik, kommunikation och autonoma system.

Samtidigt väcker tekniken frågor om säkerhet, ansvar, data och etik, särskilt i ekologiskt känsliga och geopolitiskt betydelsefulla områden, något som också kommer att kräva samhällsvetenskapliga och humanistiska perspektiv.

– Om vi utvecklar alltmer autonoma system behöver vi också fundera på hur tekniken och den data som samlas in ska användas ansvarsfullt, säger Martin Jakobsson.

På längre sikt hoppas forskarna att nya observationssystem ska kunna ge en mer kontinuerlig och tredimensionell bild av förändringarna i polarområdena.

– I dag har vi fantastiska observationer från vissa platser och tidpunkter, men däremellan finns stora luckor. Jag hoppas att vi om tio år kan följa processer under havsisen, under shelfisar, i glaciärfjordar och över stora permafrostområden under längre tid och med mycket högre detaljrikedom, säger Martin Jakobsson.

Läs mer om Martin Jakobssons forskning