Студенты MIT Sea Grant исследуют пересечение технологий и морской аквакультуры в Норвегии | Новости Массачусетского технологического института

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации США, Норвегия является крупнейшим в мире производителем выращенного на фермах атлантического лосося и ведущим экспортером морепродуктов, в то время как Соединенные Штаты остаются крупнейшим импортером этой продукции. Два студента Массачусетского технологического института недавно отправились в Тронхейм, Норвегия, чтобы изучить передовые технологии, которые разрабатываются и внедряются в морской аквакультуре.

Беккет Дево, старший специалист в области искусственного интеллекта и принятия решений, и Тони Тан, младший специалист по машиностроению, впервые работали с MIT Sea Grant в рамках Программы студенческих исследовательских возможностей (UROP). Они участвовали в проектах, посвященных разработке генераторов волн и приложениям машинного обучения для анализа здоровья личинок устриц в инкубаториях. В то время как прибрежная аквакультура является хорошо развитой отраслью в Массачусетсе и Соединенных Штатах, сельское хозяйство в открытом океане все еще является здесь зарождающейся областью, сталкивающейся с уникальными и сложными проблемами.

Чтобы лучше понять эту развивающуюся отрасль, MIT Sea Grant создал совместную инициативу AquaCulture Shock при финансовой поддержке гранта на поездки в области аквакультурных технологий и образования в рамках Национальной программы колледжей Sea Grant. Сотрудничая с программой MIT-Scandinavia MISTI (Международные научно-технические инициативы MIT), MIT Sea Grant организовал для Дево и Тана летние стажировки, связанные с аквакультурой, в SINTEF Ocean, одном из крупнейших исследовательских институтов в Европе.

«Возможность работать над этим практическим проектом по аквакультуре под руководством всемирно известного исследовательского учреждения в районе мира, известном своими инновациями в области морских технологий, — вот в чем суть MISTI», — говорит Мэдлин Смит, управляющий директор MIT-Scandinavia. «Студенты не только получают ценный опыт в своих областях обучения, но и развивают культурное понимание и навыки, которые помогут им стать будущими мировыми лидерами». Оба студента работали в Лаборатории робототехники и автономных систем аквакультуры SINTEF Ocean (ACE-Robotic Lab), учреждении, предназначенном для разработки и тестирования новых технологий аквакультуры.

«У Норвегии уникальная география, где есть все эти фьорды», — говорит Свейнунг Охрем, руководитель исследований группы робототехники и автоматизации аквакультуры в SINTEF Ocean. «Таким образом, у вас много защищенных вод, что делает его идеальным для морской аквакультуры». По его оценкам, вдоль побережья Норвегии расположено около тысячи рыбных ферм, и он рассказывает о некоторых инструментах, используемых в отрасли: системах принятия решений для сбора и визуализации данных для фермеров и операторов; роботы для проверки и очистки; датчики окружающей среды для измерения кислорода, температуры и токов; эхолоты, посылающие акустические сигналы для отслеживания местонахождения рыбы; и камеры, которые помогут оценить биомассу и точно настроить кормление. «Кормление — это огромная проблема», — отмечает он. «Корма — это, безусловно, самая большая статья расходов, поэтому оптимизация кормления приводит к очень значительному снижению ваших затрат».

Во время стажировки Дево сосредоточился на проекте, использующем искусственный интеллект для оптимизации кормления рыб. «Я стараюсь учитывать различные особенности фермы — например, насколько велика рыба или насколько холодна вода… и использовать это, чтобы попытаться дать фермерам оптимальное количество корма для достижения наилучших результатов, одновременно экономя деньги на кормах», — объясняет он. «Было приятно изучить еще несколько методов машинного обучения и просто улучшить их в реальном проекте».

В той же лаборатории Тан работал над моделированием системы подводного транспортного средства-манипулятора для навигации по фермам и устранения повреждений клеточных сетей с помощью роботизированной руки. Орем говорит, что сегодня в Норвегии работают тысячи роботов для аквакультуры. «Масштаб огромен», — говорит он. “Невозможно, чтобы 8000 человек управляли 8000 роботами — это экономически и практически нецелесообразно. Поэтому уровень автономности всех этих роботов необходимо повысить”.

Сотрудничество между MIT и SINTEF Ocean началось в 2023 году, когда MIT Sea Grant приняла Элени Келасиди, приглашенного ученого-исследователя из ACE-Robotic Lab. Келасиди сотрудничал с директором MIT Sea Grant Майклом Триантафиллу и профессором машиностроения Фемистоклисом Сапсисом, разрабатывая контроллеры, модели и подводные аппараты для аквакультуры, а также исследуя взаимодействие рыбы и машины.

«У нас было долгое и плодотворное сотрудничество с Норвежским университетом науки и технологий (NTNU) и SINTEF, которое продолжает важные усилия, такие как проект по аквакультуре с доктором Келасиди», — говорит Триантафиллу. «Норвегия находится в авангарде морской аквакультуры, и MIT Sea Grant инвестирует в эту область, поэтому мы ожидаем отличных результатов от сотрудничества».

Келасиди, который сейчас является профессором NTNU, также возглавляет лабораторию полевой робототехники, специализирующуюся на разработке устойчивых роботизированных систем, способных работать в очень сложных и суровых условиях. «Аквакультура — одна из самых сложных областей, в которой мы можем продемонстрировать любые автономные решения, потому что все движется», — говорит она. Келасиди описывает аквакультуру как глубоко междисциплинарную область, требующую большего количества студентов с опытом работы как в области биологии, так и в области технологий. «Мы не можем разрабатывать технологии, которые применяются в отраслях, где у нас нет биологических компонентов, — объясняет она, — а затем применять их там, где у нас есть живая рыба или другие живые организмы».

Орем утверждает, что поддержание благополучия рыбы является основным стимулом для исследователей и компаний, работающих в сфере аквакультуры, особенно в условиях, когда отрасль продолжает расти. «Поэтому большой вопрос, — говорит он, — как вы можете это гарантировать?» SINTEF Ocean имеет четыре исследовательские лицензии на выращивание рыбы, которыми они управляют в сотрудничестве с SalMar, вторым по величине производителем лосося в мире. У студентов была возможность посетить одну из промышленных ферм Сингсхольмен на острове Хитра. На ферме имеется 10 больших круглых загонов диаметром около 50 метров, которые уходят глубоко под поверхность и вмещают до 200 000 лососей. «Мне пришлось физически коснуться сетей и посмотреть, как [robotic] рука, возможно, сможет починить сеть», — говорит Тан.

Келасиди подчеркивает, что информацию, полученную в полевых условиях, невозможно получить в офисе или лаборатории. «Это открывает и позволяет понять, каков масштаб задач или масштаб возможностей», — говорит она. Она также подчеркивает важность международного и институционального сотрудничества для развития этой области исследований и разработки более устойчивых роботизированных систем. «Нам нужно попытаться решить эту проблему, и давайте решать ее вместе».

MIT Sea Grant и программа MIT-Scandinavia MISTI в настоящее время набирают новую группу из четырех студентов MIT для стажировки в Норвегии этим летом в институтах, продвигающих технологии оффшорного сельского хозяйства, включая лабораторию полевой робототехники NTNU в Тронхейме. Студентам, интересующимся автономией, глубоким обучением, симуляционным моделированием, подводными роботизированными системами и другими областями, связанными с аквакультурой, рекомендуется обратиться к Лили Киз этот Морской грант Массачусетского технологического института.