Проект Икарус: животных будут использовать для наблюдения

Проект Икарус: животных будут использовать для наблюдения

Возможно, в будущем десятки тысяч животных встанут на службу науки и будут обозревать землю на предмет эпидемий или природных катастроф. Данные их наблюдений будут передаваться спутникам. Разработками в этом направлении занимается проект Икарус (Icarus).  

Звучит это, как смелое сочетание науки и фантастики: десятки тысяч животных в скором времени «оснастят» передатчиками и будут использовать в качестве живых сенсоров. Возможно, уже в следующем году мы будем получать данные не только о миграции птиц, рыб и млекопитающих, но и об изменениях погоды и климата, активности вулканов, землетрясениях, цунами и распространении инфекционных заболеваний. И, конечно, проект должен в первую очередь защищать животных.

О проекте говорят, как о создании всемирной информационной сети, которая позволит людям узнавать о самых разных феноменах, до настоящего времени скрытых от нас. Поток данных будет поступать на Международную космическую станцию.

Мартин Викельски (Martin Wikelski), директор орнитологической станции Радольфцелль института им. Макса Планка на Боденском озере, продвигает проект Icarus уже 15 лет. Ассоциации с названием возникают не только позитивные: в греческой мифологии с именем Икара связана трагедия – когда на своих крыльях, сделанных из перьев и воска, Икар поднялся слишком высоко, солнце растопило воск, и Икар погиб.

Почему для проекта было выбрано это название, ассоциирующееся с гибелью человека? «Идея возникла в 2001 году в Панаме», - рассказывает Викельски. Когда он представил свой первый, еще безымянный, проект специалистам NASA, его идеи получили положительные отзывы, но проект был отклонен как нереализуемый. «Это было ужасное разочарование. Мне нужно было такое название, чтобы сразу было понятно – здесь речь идет о крыльях! И тогда мне пришло в голову название Icarus». Кроме того, это слово является аббревиатурой полного названия проекта, который называется «Международное сотрудничество в области научных исследований животных с использованием космических технологий» (International Cooperation for Animal Research Using Space).

Основная идея состоит в том, чтобы прикрепить к животным мини-передатчики, которые позволят отслеживать не только расположение каждого животного, но и его температуру тела, скорость и направление движения почти в любой точке нашей планеты.

По словам Викельски, благодаря этому ученые смогут лучше изучить маршруты миграции отдельных видов животных, их привычки, а также принимать меры против вымирания редких животных: «Например, когда Белые аисты перелетают через Африку и летят над морями, теряется около 30% птиц. Мы предполагаем, что они умирают, но не имеем представления – когда, где и почему».

Так называемые метки, которые накапливают и регулярно передают сигнал, могут помочь разрешить эту загадку. Но Викельски мыслит шире: «С помощью меток мы можем проследить историю каждого отдельного животного от юности до самой смерти. Это позволит нам больше узнать об их жизни и лучше понять психологию животных».

Узнать о распространении вируса Эбола по следам животных

Например, передатчики могут зарегистрировать перемещение по Африке летучих лисиц, которые переносят вирус Эбола и другие возбудители заболеваний. «Поскольку иммунная система сохраняет следы контакта с вирусом Эбола, эти животные могут помочь устанавливать местоположение очагов вируса», - объясняет Викельски.

Когда водоплавающие птицы в Азии начинают вести себя странно, это может свидетельствовать о таком заболевании, как птичий грипп, который представляет опасность и для человека. А снежные грифы могут «рассказать» о воздушных течениях в Гималаях.

«Система позволит нам не только отслеживать расположение животного, но и знать, что и как он делает», - говорит Викельски. – «Мы можем настроить глобальную систему интеллектуальных датчиков и наблюдать за всей планетой».

«Датчики» животных более совершенны, чем техника

На Сицилии уже на протяжении нескольких лет действует пилотный проект. На склонах вулкана Этна десятки коз носят устройства, которые позволяют отслеживать их расположение и передают данные о любых перемещениях. С 2012 года ученые много раз фиксировали необычное поведение животных – а через четыре-шесть часов после этого вулкан приходил в активность. Ученые предполагают, что козы – как и другие животные – ощущают процессы, которые для человека остаются скрытыми. «Измерительные системы животных пока превосходят по своему качеству и точности технические приборы, созданные человеком», - говорит Викельски. – «Нам просто надо научиться понимать животных». На основе данных, полученных от животных, ученые могут разработать системы раннего оповещения, которые позволят предупреждать людей о предстоящем извержении вулкана или землетрясении.

Ученые также разработали передатчики для мелких животных. Метки, оснащенные солнечными батареями, имеют размер менее трех квадратных сантиметров и весят около пяти граммов. Поэтому они подходят не только для аистов и грифов, но и для дроздов и скворцов.

Но этично ли это – навесить на сотни птиц прибор с 15-сантиметровой антенной? «Мы знаем, что это не вполне естественно для животных», - говорит Викельски. – «Но выигрыш в знаниях о благополучии животных настолько велик, что это того стоит. Наши исследования показали, что правильно закрепленные метки не сильно мешают животным».

Основная техническая проблема – передача данных. Метки должны не только собирать информацию, но и передавать ее из самых отдаленных мест. Здесь и входит в игру МКС: она облетает Землю за 90 минут, каждый раз пролетая над разными широтами в диапазоне между 52° градусами северной и южной широты (Берлин и Огненная Земля, соответственно).

Когда расстояние между меткой и МКС сокращается, она выходит из энергосберегающего режима. Передатчик за три секунды отсылает пакет данных размером около 200 байт на МКС. Это экономит энергию и позволяет метке работать долгое время.

На МКС нужна мощная антенна, чтобы принимать эти данные. Такую антенну, а также программное обеспечение для упорядочивания данных уже разработали специалисты компании Space Tech. Также они создали компьютер, который будет обрабатывать информацию на МКС.

15 июня 2017 года, согласно актуальному плану, ракета должна поднять с космодрома Байконур антенну весом 130 килограмм и доставить ее на МКС. «Сроки уже установлены», - уточняет координатор проекта Уши Мюллер (Uschi Mueller) из Общества Макса Планка.

После доставки двое космонавтов должны будут за несколько часов работы в открытом космосе прикрепить 1,5-метровую антенну к борту МКС. Затем антенна будет соединена кабелем с вычислительным блоком. «Если все будет идти по плану, то осенью 2017 года антенну можно будет ввести в эксплуатацию», - рассказывает директор компании Space Tech Вольфганг Питц (Wolfgang Pitz).

Но до этого инженерам предстоит еще много работы. Сначала необходимо провести тестирование антенны: проверить, перенесет ли прибор полет на ракете. К опасным нагрузкам относятся вибрации и давление на старте ракеты, а также экстремально низкие и высокие температуры в космосе. Только когда все тесты будут успешно завершены (предположительно в ноябре), полет на МКС будет подтвержден.

Помимо Общества Макса Планка, в проекте принимают участие Германский центр авиации и космонавтики, Роскосмос и Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королёва.

«Германия обеспечивает оборудование, Россия отвечает за тесты в Москве, транспортировку антенны на Байконур, полет на МКС и монтаж антенны», - поясняет координатор проекта Мюллер. Итоговая сумма проекта с немецкой стороны составляет около 25 миллионов евро.

Когда антенна и компьютер будут готовы к работе, начнется этап испытания меток – сначала в идеальных условиях (на свободных длинных радиочастотах в Монголии), затем испытания на надежность в Италии. «Антенна на МКС будет захватывать полосу шириной 800 километров на поверхности Земли, и готова будет принимать сигнал одновременно от 120 меток», - объясняет Питц. – «Тесты должны показать, сможет ли антенна отфильтровывать сигналы различной силы».

Осенью 2017 года должны начаться уже собственно научные исследования: за первые два года планируется «раздать» животным около 20 000 меток. В половине из запланированных 32 проектов будет задействована Россия – например, для исследования распространения заболеваний водоплавающими птицами в Омске.

Вся информация будет храниться в банке данных Movebank. Для всех зарегистрированных пользователей данные будут открыты, а вот конфиденциальные данные – например, о месте сна носорогов – будут защищены. Коммерческое использование информации не исключается: например, с помощью системы можно будет узнать о движении рыбы или найти затерянных в Арктике северных оленей. Несмотря на то, что получение информации в противоправных целях будет затруднено, Международный комитет по этике должен будет отслеживать возможные случаи неправомерного использования информации.

Комитет также должен одобрить дальнейшие планы проекта: до 2020 года планируется разработать еще более легкие и компактные метки – весом около грамма. Обеспечить такой вес должны, прежде всего, маленькие батареи, которые в то же время должны выдерживать большую нагрузку. Согласно Питцу, 3D-батареи из материалов с большой площадью активной поверхности могут повысить ёмкость в пять раз. Также нужно сократить время отправки данных на МКС с 3,4 до 0,5 секунд – это позволит экономить драгоценную энергию.

Такие мини-метки можно будет закреплять не только на маленьких птицах, но и на насекомых – например, на саранче. Благодаря этому ученые смогут узнать больше о таких областях Земли, в которых не могут находиться и работать люди. «Мы можем отслеживать маршруты саранчи и предупреждать людей заранее», - рассказывает Викельски. Целые африканские страны можно спасти от нашествия этих насекомых, а значит, и от голода.

Но что, если эти технологии попадут в плохие руки? «Каждая технология, которая позволяет получить выгоду, может быть использована во вред. И это, безусловно, проблема», - продолжает Викельски. – «Но мы можем сделать столько хорошего – например, избегать применения инсектицидов. Чтобы контролировать использование информации, мы созвали Комитет по этике и сейчас работаем над разработкой правил и руководств». Все участники проекта работают по Конвенции о сотрудничестве в области исследования космоса, которая предусматривает мирное использование вселенной.

Хотя подготовка идет полным ходом, участникам проекта еще предстоит преодолеть множество препятствий. И в конечном счете реализация проекта во многом зависит от будущего МКС. Но участники проекта надеются на плодотворное сотрудничество хотя бы до 2024 года – несмотря на экономические условия и политическую ситуацию. 

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?