一种入侵植物正在扼杀康涅狄格州的水域，因此这些学生开发了一艘机器人船来帮助修复它

作为康涅狄格州人，科林·麦基西克（Colin McKissick）非常清楚这种入侵植物正在该州的水体中造成严重破坏。

水蜇植物原产于澳大利亚、非洲和亚洲部分地区，于 1950 年代进入佛罗里达州，因为它不需要太多营养或光照即可生长，因此被用于水族箱。

从那时起，水草就被称为“世界上最严重的入侵水生植物”，因为它的传播和生长迅速且难以控制。这种植物现在可以在美国的许多地方找到，但康涅狄格州受到这种有害杂草的打击尤其严重。

2020 年由康涅狄格河门户委员会委托对康涅狄格河进行的一项调查发现，在河流下游三分之一的 200 英亩土地上发现了水螅。它密集的股线使本地水生植物和海洋生物难以茁壮成长，并且经常堵塞船用螺旋桨。

麦基西克是东北大学五年级的学生，他在康涅狄格河上划船时亲身体验了这一点。

摄影：Matthew Modoono/东北大学

这艘

机器人船重 62 磅，可以以每小时 1.3 英里的速度行驶，一次充电可以运行 90 分钟。

“只是在河上去船港，有几次我们的螺旋桨会被植物堵塞，这很疯狂，因为你不会指望植物会粘住 80 马力的发动机，”他说。

进入Hydrilla Hunter，这是一艘自主机器人船，配备了高光谱相机，旨在检测和识别入侵植物。

McKissick 与其他十几名东北工程专业的学生一起帮助开发了这艘船，作为两个顶点项目课程的一部分。

目标是为康涅狄格州农业实验站的植物科学家提供这艘船，帮助他们更快地识别和调查在哪里可以找到水蚕，并阻止它进一步生长。

该项目是电气工程系、机械工程系、机器人和智能汽车研究实验室以及康涅狄格州农业实验站之间的合作项目。

在电气和计算机工程副教授查尔斯·迪马尔齐奥（Charles DiMarzio）的指导下工作的学生创建了该设备的内部结构，其中包括成像系统，可再生电池和通信系统。

在机械和工业工程副教授Randall Erb教授的指导下工作的学生开发了外壳和船的导航系统。

“我们想出了一个解决方案来解决这个问题，即自动检测水蜕，并在它接管康涅狄格州水体之前通知科学家其位置以提取它，”McKissick说，他在该项目的电气和计算机工程方面工作。

那么，这艘船是如何工作的呢？

可以把它想象成一个三步过程。

首先，用户使用与机器人分开的 homebase 系统确定它希望机器人在地图上的位置。当它击中这些精确点时，机器人会扫描下面的表面以寻找水钻。如果检测到 hydrilla 的存在，用户界面会在检测到植物的位置添加一个图钉。

这艘机器人船重 62 磅，可以以每小时 1.3 英里的速度行驶，一次充电可以运行 90 分钟。它既可以远程控制，也可以自主操作，在该项目的机械工程方面工作的四年级学生Daniel T. Simpson解释说。

“我可以手动控制它，告诉它向前、向后移动，我可以拨动开关，机器人的软件会说，’好吧，让我看看我被告知要去的GPS航点，让我开始通过这些点，’”他说。

在机械工程小组工作的四年级学生杰西卡·希利（Jessica Healey）说，这两个团队密切合作开发了这个项目。

“在整个学期中，我们每个月都会见面，有时根据发生的事情更频繁，只是相互接触，”她说。

目前用于调查该工厂的方法涉及科学家在船上使用重型水下摄像机每周搜索几个小时。区分植物通常也是一个挑战，因为它看起来与本地物种相似。

这就是机器人的高光谱相机非常适合这种情况的原因，丽莎·布莱恩（Lisa Bryne）解释说，她是一名五年级学生，在该项目的电气和计算机工程方面工作。高光谱相机的工作原理是捕获比人眼所能理解的波长范围更大的波长范围。

“这些植物看起来非常相似，红外线中的数据对于能够区分植物非常有价值，”布莱恩说。

该项目的想法源于学生与电气和计算机工程教授兼机器人和智能汽车研究实验室负责人Taskin Padir的讨论。

通过这个实验室，帕迪尔已经与康涅狄格州农业实验站的植物科学家耶利米·弗利（Jeremiah Foley）起草了一份美国国家科学基金会的提案，内容涉及使用机器人技术来帮助解决水蚜问题。

“一段时间以来，我们一直在从环境机器人的角度思考这个问题，”帕迪尔说。“这是一个（相对）未知但重要的问题。

Foley对如何使用这个系统有很大的计划。理想情况下，该站希望聘请一些技术人员将机器人带到康涅狄格州的水域，渔民通常会在那里捕鱼，因为他们往往会无意中携带水蜥蜴碎片，在水体之间捕鱼。

“与其到水体里，让我们连续开车几个小时，不如派一个机器人进去，我的技术人员可以做到，”他说。“我可以留在实验室里与他们合作。”

解决这些问题是东北大学体验机器人研究所的核心精神，帕迪尔是该研究所的主任。

“我们总是谈论体验式机器人的四大支柱，其中之一就是体验式发现，”帕迪尔说。“这在实验室里不会发生。它发生在外部，当我们接触利益相关者时，当我们试图了解需要解决的问题时。我们通常不会通过说’哦，我们这里有一个机器人’来解决问题。让我们解决你的问题。

“我们所做的是尝试了解问题，瓶颈是什么，然后回到实验室，尝试创建解决问题的解决方案，”他补充道。

学生们采纳了帕迪尔的建议，并直接与Foley合作，帮助开发了一个有用的机器人工具。

“我们这个项目很酷的地方在于，我们实际上有一个利益相关者说，’嘿，我们遇到了这个巨大的问题，你能帮我们设计一个解决方案吗？’这就是我们进来的地方，“电气工程顶点小组的四年级学生 Arjun Fulp 说。

切萨雷奥·孔特雷拉斯（Cesareo Contreras）是东北全球新闻记者。给他发电子邮件 [email protected]。在 X/Twitter @cesareo_r 和 Threads @cesareor 上关注他。