Σπουδαστές και ερευνητές του MIT από το MIT Sea Grant συνεργάζονται με τοπικούς αγρότες στρειδιών για την προώθηση της βιομηχανίας υδατοκαλλιέργειας αναζητώντας λύσεις σε μερικές από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της. Επί του παρόντος, οι σακούλες στρειδιών πρέπει να ανατρέπονται χειροκίνητα κάθε μία έως δύο εβδομάδες για να μειωθεί η βιοαπόρριψη. Εικόνα: John Freidah, MIT MechE

Της Michaela Jarvis | Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Όταν η Michelle Kornberg επρόκειτο να αποφοιτήσει από το MIT, ήθελε να χρησιμοποιήσει τις γνώσεις της στη μηχανολογία και τη μηχανική των ωκεανών για να κάνει τον κόσμο ένα καλύτερο μέρος. Ευτυχώς, βρήκε το τέλειο έργο κατηγορίας ανώτερης ηλικίας: υποστήριξη βιώσιμων θαλασσινών βοηθώντας τους αγρότες υδατοκαλλιέργειας να καλλιεργήσουν στρείδια.

«Είναι ευθύνη μας να χρησιμοποιήσουμε τις δεξιότητες και τις ευκαιρίες μας για να εργαστούμε σε προβλήματα που έχουν πραγματικά σημασία», λέει ο Kornberg, ο οποίος τώρα εργάζεται για μια εταιρεία υδατοκαλλιέργειας που ονομάζεται Innovasea. «Η βιωσιμότητα των τροφίμων είναι απίστευτα σημαντική από περιβαλλοντική άποψη, φυσικά, αλλά έχει επίσης σημασία σε κοινωνικό επίπεδο. Οι πιο ευάλωτοι θα πληγούν περισσότερο από την κλιματική κρίση και νομίζω ότι η βιωσιμότητα και η διαθεσιμότητα των τροφίμων έχουν πραγματικά σημασία σε αυτό το μέτωπο».

Το έργο που ανέλαβε ο κορυφαίος κλάση του Kornberg, 2.017 (Σχεδιασμός Ηλεκτρομηχανικών Ρομποτικών Συστημάτων), προέκυψε από συνομιλίες μεταξύ του Μιχαήλ Τριανταφύλλου, ο οποίος είναι ο Henry L. του MIT και ο καθηγητής της Grace Doherty στην Επιστήμη και Μηχανική Ωκεανών και διευθυντής του MIT Sea Grant, και ο Dan Ward . Ο Ward, έμπειρος αγρότης στρειδιών και θαλάσσιος βιολόγος, είναι ιδιοκτήτης της Ward Aquafarms στο Cape Cod και έχει εργαστεί εκτενώς για να προωθήσει τη βιομηχανία υδατοκαλλιέργειας αναζητώντας λύσεις σε μερικές από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της.

Μιλώντας με τον Τριανταφύλλου στο MIT Sea Grant — μέρος ενός δικτύου πανεπιστημιακών προγραμμάτων που ιδρύθηκε από την ομοσπονδιακή κυβέρνηση για την προστασία του παράκτιου περιβάλλοντος και της οικονομίας — ο Ward είχε εξηγήσει ότι κάθε μία από τις χιλιάδες αιωρούμενες δικτυωτές σακούλες του πρέπει να παραδοθεί περίπου 11 φορές το χρόνο. Η ανατροπή επιτρέπει σε φύκια, βαρέλια και άλλους «βιορρύπους» οργανισμούς που αναπτύσσονται στο μέρος της τσάντας κάτω από την επιφάνεια του νερού να εκτεθούν στον αέρα και το φως, ώστε να στεγνώσουν και να αποκολληθούν. Εάν αυτή η εργασία δεν εκτελεστεί, η ροή του νερού στα στρείδια, η οποία είναι απαραίτητη για την ανάπτυξή τους, εμποδίζεται.

Οι τσάντες ανατρέπονται από έναν αγρότη σε ένα καγιάκ και η εργασία είναι μονότονη, συχνά εκτελείται σε τραχιά νερά και κακές καιρικές συνθήκες και εργονομικά βλαβερή. «Είναι κάπως απαίσιο, γενικά μιλώντας», λέει ο Ward, προσθέτοντας ότι πληρώνει περίπου 3.500 $ ετησίως για να παραδώσει τις τσάντες σε καθεμία από τις δύο εγκαταστάσεις του αγροκτήματος — και αγωνίζεται να βρει εργάτες που θέλουν να κάνουν τη δουλειά του να γυρίζουν τσάντες. μπορεί να φτάσει σε βάρος 60 ή 70 κιλών λίγο πριν τη συγκομιδή των στρειδίων.

Παρουσιάστηκε με αυτό το πρόβλημα, η κορυφαία τάξη Kornberg συμμετείχε – αποτελούμενη από έξι φοιτητές στη μηχανολογία, τη μηχανική των ωκεανών και την ηλεκτρική μηχανική και την επιστήμη των υπολογιστών – σε λύσεις καταιγισμού ιδεών. Οι περισσότερες από τις λύσεις, λέει ο Kornberg, αφορούσαν ένα αυτόνομο ρομπότ που θα αναλάμβανε το χτύπημα της τσάντας. Ήταν κατά τη διάρκεια αυτού του μαθήματος που γεννήθηκε η αρχική έκδοση του «Oystamaran», ενός καταμαράν με μηχανισμό ανατροπής μεταξύ των δύο σκαφών του.

Ένας συνδυασμός σπουδαστών μηχανολογίας, μηχανικής ωκεανών και ηλεκτρολόγων μηχανικών και επιστημών υπολογιστών συνεργάζονται για να σχεδιάσουν ένα ρομπότ που θα σας βοηθά να ανατρέπετε σακούλες με στρείδια στο Ward Aquafarm στο Cape Cod. Το ρομπότ «Oystamaran» χρησιμοποιεί ένα σύστημα όρασης για να τοποθετήσει και να αναποδογυρίσει τις τσάντες. Εικόνα: Lauren Futami, MIT MechE

Η συμμετοχή του Ward στο έργο ήταν σημαντική για την εξέλιξή του. Λέει ότι έχει αναθεωρήσει πολλά έργα στο έργο του σε συμβουλευτικά συμβούλια που προτείνουν νέες τεχνολογίες για την υδατοκαλλιέργεια. Συχνά, δεν ανταποκρίνονται στις πραγματικές προκλήσεις που αντιμετωπίζει ο κλάδος.

«Ήταν πάντα «Έχω ήδη αυτό το τηλεχειριζόμενο όχημα. θα σου ήταν χρήσιμο ως αγρότης στρειδιών αν δέσω κάποιο είδος αισθητήρα;» λέει ο Ward. «Προσπαθούν να εντάξουν τη ρομποτική στην υδατοκαλλιέργεια χωρίς καμία συνεργασία με τον κλάδο, κάτι που οδηγεί σε ένα ρομποτικό προϊόν που δεν λύνει κανένα από τα προβλήματα που αντιμετωπίζουμε στο αγρόκτημα. Το να έχεις την ευκαιρία να συνεργαστείς με το MIT Sea Grant για να ξεκινήσεις πραγματικά από την αρχή ήταν συναρπαστικό. Η προσέγγισή τους ήταν, “Ποιο είναι το πρόβλημα και ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος για να λυθεί το πρόβλημα;” Έχουμε πραγματική ανάγκη για ρομποτική στην υδατοκαλλιέργεια, αλλά πρέπει να το αντιμετωπίσετε από την οπτική γωνία του πελάτη και όχι της τεχνολογίας».

Ο Τριανταφύλλου λέει ότι ενώ η εργασία που εκτελεί το ρομπότ είναι παρόμοια με τη δουλειά που κάνουν ρομπότ σε άλλους κλάδους, η «ειδική δυσκολία» που αντιμετώπισαν οι μαθητές κατά τη σχεδίαση του Oystamaran ήταν το εργασιακό του περιβάλλον.

«Έχετε μια πλωτή συσκευή, η οποία πρέπει να είναι αυτοκινούμενη και η οποία πρέπει να βρίσκει αυτά τα αντικείμενα σε ένα περιβάλλον που δεν είναι τακτοποιημένο», λέει ο Τριανταφύλλου. «Είναι ένας συνδυασμός όρασης και πλοήγησης σε ένα περιβάλλον που αλλάζει, με ρεύματα, άνεμο και κύματα. Πολύ γρήγορα, γίνεται μια περίπλοκη εργασία».

Ο Kornberg, ο οποίος είχε κατασκευάσει τον αρχικό κεντρικό μηχανισμό ανατροπής και τη βασική δομή του σκάφους ως μέλος του προσωπικού στο MIT Sea Grant μετά την αποφοίτησή του τον Μάιο του 2020, εργάστηκε ως εκπαιδευτής εργαστηρίου για την επόμενη τάξη capstone που σχετίζεται με το έργο την άνοιξη του 2021. Andrew Ο Bennett, διαχειριστής εκπαίδευσης στο MIT Sea Grant, δίδαξε από κοινού αυτό το μάθημα, στο οποίο οι μαθητές σχεδίασαν μια έκδοση Oystamaran 2.0, η οποία δοκιμάστηκε στο Ward Aquafarms και κατάφερε να γυρίσει πολλές σειρές τσάντες ενώ ελέγχονταν από απόσταση. Τα επόμενα βήματα θα περιλαμβάνουν το να γίνει το σκάφος πιο αυτόνομο, ώστε να μπορεί να εκτοξευθεί, να πλοηγηθεί αυτόνομα στις σακούλες με στρείδια, να τις γυρίσει και να επιστρέψει στο σημείο εκτόξευσης. Ένα τρίτο μάθημα κορυφής που σχετίζεται με το έργο θα πραγματοποιηθεί αυτή την άνοιξη.

Οι μαθητές χειρίζονται το ρομπότ «Oystamaran» από απόσταση από το σκάφος. Εικόνα: John Freidah, MIT MechE

Ο Bennett λέει ότι ένα ιδανικό αποτέλεσμα του έργου θα ήταν: «Έχουμε αποδείξει την ιδέα και τώρα κάποιος στη βιομηχανία λέει: «Ξέρετε, υπάρχουν χρήματα που πρέπει να γίνουν από τα στρείδια. Νομίζω ότι θα αναλάβω ». Και μετά τους το παραδίδουμε».

Εν τω μεταξύ, λέει μια απροσδόκητη πρόκληση προέκυψε με το να κάνει το Oystamaran να πάει ανάμεσα σε σφιχτά συσκευασμένες σειρές σακουλών με στρείδια στο κέντρο μιας συστοιχίας.

«Πώς ένα ρομπότ μπλέκει ανάμεσα στα πράγματα χωρίς να καταστρέψει κάτι; Πρέπει να κουνιέται με κάποιον τρόπο, κάτι που είναι ένα συναρπαστικό πρόβλημα ελέγχου», λέει ο Bennett, προσθέτοντας ότι το πρόβλημα είναι πηγή ενθουσιασμού και όχι απογοήτευσης γι’ αυτόν. «Λατρεύω μια νέα πρόκληση και μου αρέσει πολύ όταν βρίσκω ένα πρόβλημα που κανείς δεν περίμενε. Αυτά είναι τα διασκεδαστικά».

Ο Τριανταφύλλου αποκαλεί το Oystamaran «πρώτο για τη βιομηχανία», εξηγώντας ότι το έργο έχει δείξει ότι τα ρομπότ μπορούν να εκτελέσουν εξαιρετικά χρήσιμες εργασίες στον ωκεανό και θα λειτουργήσουν ως πρότυπο για μελλοντικές καινοτομίες στην υδατοκαλλιέργεια.

«Απλώς δείχνοντας το δρόμο, αυτό μπορεί να είναι το πρώτο από έναν αριθμό ρομπότ», λέει. «Θα προσελκύσει ταλέντα στη γεωργία των ωκεανών, η οποία είναι μια μεγάλη πρόκληση, αλλά και ένα όφελος για την κοινωνία να έχει ένα αξιόπιστο μέσο παραγωγής τροφής από τον ωκεανό».

ετικέτες: γ-Περιβάλλον-Γεωργία