Arktik Buzundaki Değişikliklerin Erken Uyarı Sistemi İçin Yeni Sensör Teknolojisi Geliştirildi

Arktik Okyanusu, deniz buzunun çatlaması, beluga balinalarının sesleri ve yeni açılan sularda seyreden gemilerin gürültüsü gibi çeşitli seslerle doludur. MIT Lincoln Laboratuvarı’ndeki araştırmacılar, bu karmaşık ses ortamını, insanların sürekli olarak buza çıkma ihtiyacını ortadan kaldıran bir yöntemle, hızla değişen Arktik bölgesini izlemek için kullanılabilecek düşük maliyetli bir sensör ağı geliştirdi.

Ancak, bu farklı sesleri birbirinden ayırmak zor olabilir. Deniz buzu çatladığında, hareketin yarattığı titreşimler buzun içinden geçerek karakteristik akustik ve sismik imzalar oluşturur, bunlar bazen “buz sallantısı” olarak adlandırılır. Bu sinyaller, deniz canlılarının sesleriyle veya insan faaliyetlerinden kaynaklanan gürültüyle örtüşebilir. Araştırmacıların 2024’teki ölçümlerinde bile deniz memelilerinin şarkılarına rastlanmıştır. Amaçları, farklı sinyallerin buz içindeki hareketlerini anlamak, karakteristik imzalarını belirlemek ve sonuç olarak bir kaynağı diğerinden ayırt etmektir.

“Buzun altındaki sesleri çıkaran şeylere ilgi duyuyoruz. Örneğin, 2024 verilerimizde deniz memelilerinin şarkılarına rastladık. Bu sinyallerin buz içindeki hareketlerini daha iyi anlamamız ve bu sinyalleri diğer kaynaklardan nasıl ayırt edeceğimiz gerekiyor,” MIT Lincoln Laboratuvarı’nda araştırmacı ve teknik personel olan Ben Evans, dedi .

Buzun İçinden Dinlemek

Evans ve meslektaşı David Whelihan, 2022’den beri Donanma’nın Operation Ice Camp (OIC) projesinde çalışarak, Arktik bölgesini sürekli olarak izleyebilecek ucuz, ticari olarak temin edilebilen sensörler geliştirdiler. OIC 2024 sırasında entegre sensör düğümleri konuşlandırdılar. Bu Mart ayında, deniz buzundaki titreşimleri algılayabilen daha yüksek çözünürlüklü bir jeofon getirerek deneyi tamamladılar. Ancak, ekipmanın Arktik buzuna taşınması, tasarımından bile daha zordu.

Arka arkaya yaşanan kar fırtınaları, ekibin gelişimini bir hafta geciktirdi. Sıcaklıklar tekrar tekrar -25°C’ye düştü ve rüzgarlar saatte 25-30 km hızla esti, zaman zaman 40 km hıza ulaştı. Bazen, “önceki OIC etkinliklerinde uzun içlikler giyerek dolaşırken, bu sefer sadece çorap ve montla arasına gidip gelebiliyorduk,” diye ekledi Evans.

Zorlu koşullara rağmen, ekip sensörleri bir kızak üzerinde uzak bir konuma taşıdı. Ancak planlanan ekipmanın yaklaşık dörtte biri konuşlandırabildikten sonra, kötüleşen koşullar nedeniyle izlerini takip etmeden geri dönmek zorunda kaldılar.

Sensörler, birkaç hafta sonra kısa süreliğine yaşanan açık hava sayesinde kurtarıldı.

Hava durumu aynı zamanda, Norveç savunma startup‘ı Havguard tarafından geliştirilen bir iletişim modeminin ikinci bir deneyini de etkiledi. Geleneksel radyo sinyallerinin aksine, deniz suyu tarafından hızla zayıflayan bu sistem, manyetik alanları kullanarak buzun içinden haberleşme sağlıyor.

Ekipman, öncelikle Vermont’ta test edildikten sonra, Alaska’daki Utqiaġvik yakınlarındaki bir Arktik lagüne taşındı. 2×3 feet boyutunda bir delik açıldı ve 3,6 feet derinliğindeki buza, modem taşıyan uzaktan kumandalı bir araç indirildi.

Bir sonar sistemi, Doppler hız ölçer ve drone görüntüleri kullanarak, aracın hareketini takip ederken aynı zamanda modemin performansını ölçtüler. Prototip, yaklaşık 1,2 kilobayt/saniye veri aktarımı sağladı; bu mütevazı bir hız olsa da, araştırmacılar tarafından umut verici olarak değerlendirildi.

Daha Az İnsan Buzda Olacak, Bu Daha İyi

Bu iki teknoloji gelecekte birlikte kullanılabilir. Sensörler, buz çatlaklarını, hayvan seslerini ve diğer faaliyetleri algılayıp kaydedebilirken, buzun içinden yapılan iletişim sayesinde araştırmacılar, tehlikeli bölgelere tekrar gitmeden veri alabilirler.

Bu, özellikle Arktik sularının erimesiyle birlikte askeri ve ticari faaliyetlerin arttığı bir dönemde önemlidir. Buz çatlaklarından kaynaklanan karakteristik akustik imzalar, bilim insanlarına çevresel değişiklikleri izlemeye yardımcı olabilir, kıyı topluluklarını destekleyebilir ve bölgedeki faaliyetler hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir.

Bu imzaları diğer ölçümlerle ve makine öğrenimi teknikleriyle birleştirerek, araştırmacılar buz sallantılarını deniz memelisi seslerinden ayırt etmeyi ve buz kırılma olaylarının otomatik olarak izlenmesini iyileştirmeyi umuyorlar; bu da Arktik’in titreşimlerini değişen buz koşulları için erken uyarı sinyaline dönüştürebilir.

Araştırmacılar ayrıca, buz sallantılarını deniz memelisi seslerinden ayırt etmek için makine öğrenimini kullanmayı planlıyorlar. OIC 2028’den önce, sensörlerin hava yoluyla konuşlandırılabilir versiyonlarını geliştirmeyi ve modemin paketlenmesini iyileştirerek sensör ağıyla entegrasyonunu sağlamayı hedefliyorlar.

Prototip hala daha fazla geliştirme gerektiriyor ve mevcut veri hızı sınırlı olsa da, temel amaç Arktik bölgesinden daha fazla bilgi toplarken insanları tehlikeye atmamak. “Bu çalışmaların arkasındaki temel fikir, buz üzerinde daha az insanın olmasını sağlamaktır. Özellikle bu yıl, erişimimizin havanın kontrolünde olduğunu öğrendik,” diye MIT Lincoln Laboratuvarı’nda araştırmacı ve deniz sistemleri mühendisi olan Dave Whelihan belirtti.

“Sensörlerimizi istediğimiz yere kolayca yerleştirebilmeli ve topladıkları verileri, özellikle bu gibi zorlu koşullarda bile alabilmeliyiz,” diye ekledi Whelihan.