هوش مصنوعی، کشتی های غرق شده، و عالَم اقیانوس

تصویر: برای این غواص واضح است که این یک کشتی غرق شده و نه یک صخره است، اما در مورد شخصی که به تصویری از این نقطه از هواپیما نگاه می کند چه؟  LookBermuda / Flickr، CC BY-NC-ND
 

ایده بزرگ

با همکاری شاخه باستان شناسی زیر آب نیروی دریایی ایالات متحده، من به کامپیوتر یاد دادم که چگونه کشتی های شکسته در کف اقیانوس را از اسکن های گرفته شده توسط هواپیماها و کشتی های روی سطح تشخیص دهد. مدل رایانه ای که ما ایجاد کردیم، در یافتن کشتی شکستگی های شناخته شده، 92٪ دقیق است. این پروژه در سواحل سرزمین اصلی ایالات متحده آمریکا و پورتوریکو متمرکز بود. و اکنون آماده استفاده برای یافتن لاشه های ناشناخته یا بدون نقشه است.
 
اولین قدم در ایجاد مدل غرق شدن کشتی این بود که به کامپیوتر یاد دهیم که یک غرق کشتی چگونه است. همچنین مهم بود که به کامپیوتر بیاموزیم که چگونه بین لاشه ها و توپوگرافی کف دریا تفاوت قائل شود. برای انجام این کار، من به بسیاری از نمونه های کشتی شکسته نیاز داشتم. همچنین لازم بود که به مدل یاد دهم که کف طبیعی اقیانوس چگونه است.
 علوم، و به ویژه تحقیقات دریایی، یک تلاش انفرادی نیست - و کشف دریچه های گرمابی یک نمونه بارز در رابطه با این موضوع است.به راحتی، اداره ملی اقیانوسی و جوی یک پایگاه داده عمومی از غرق کشتی ها را نگه می دارد. همچنین دارای یک پایگاه داده عمومی بزرگ از انواع مختلف تصاویر جمع آوری شده از سراسر جهان، از جمله تصاویر سونار و لیدار از کف دریا است. تصویری که من استفاده کردم موردی است که موقعیتش تا کمی بیش از 14 مایل (23 کیلومتر) از ساحل و تا عمق 279 فوت (85 متر) امتداد دارد. این تصاویر شامل مناطق عظیم بدون هیچ گونه غرق کشتی و همچنین برخی مواقع غرق شدن کشتی است.
   
تصویر: چهار صفحه از تصاویر که خطوط و اشکال مختلف را بر روی زمینه های بافتی نشان می دهد. از میان این چهار اسکن کف اقیانوس، دو صفحه بالا به وضوح غرق کشتی را نشان می دهد، اما غرق شدن کشتی در دو صفحه پایین که با فلش های قرمز مشخص شده است، می تواند به راحتی از نظر ویژگی های طبیعی اشتباه شود. سازمان ملی اقیانوسی و جوی.
 

چرا مهم است

یافتن کشتی های غرق شده برای درک گذشته انسان مهم است - فکر کنید به تجارت، مهاجرت، و جنگ - اما باستان شناسی زیر آب گران و خطرناک است. مدلی که به طور خود کار نقشه تمام کشتی های غرق شده را در یک منطقه بزرگ ترسیم می کند، می تواند زمان و هزینه مورد نیاز برای جستجوی کشتی ها، چه با زیر دریایی های بدون سرنشین زیر آب و چه با غواصان انسانی، را کاهش دهد.
 
شعبه باستان شناسی زیر آب نیروی دریایی به این کار علاقه مند است زیرا می تواند به واحد کمک کند لاشه کشتی های دریایی دست نخورده یا ناشناخته را پیدا کند. به طور گسترده تر، این یک روش جدید در زمینه باستان شناسی زیر آب است که می تواند با جستجوی انواع مختلفی از ویژگی های باستان شناسی غوطه ور، از جمله ساختمان ها، مجسمه ها و هواپیماها گسترش یابد.
 

چه تحقیقات دیگری در این زمینه انجام می شود

این پروژه اولین مدل متمرکز بر باستان شناسی است که برای شناسایی خود کار لاشه کشتی ها در یک منطقه بزرگ ساخته شده است ، در این مورد در کل ساحل سرزمین اصلی ایالات متحده چند پروژه مرتبط وجود دارد که در آنها با استفاده از یاد گیری عمیق و تصاویر جمع آوری شده توسط یک پهپاد زیر آب، این پروژه ها قادر به یافتن تعداد انگشت شماری از کشتی های شکسته هستند که بلافاصله در اطراف پهپاد قرار دارند.
 

بعد چه؟

ما می خواهیم داده های مربوط به غرق کشتی و تصاویر بیشتری از سراسر جهان را در این مدل قرار دهیم. این به مدل کمک می کند تا در شناخت انواع مختلف غرق کشتی واقعاً خوب باشد. ما همچنین امیدواریم که شعبه باستان شناسی زیر آب نیروی دریایی به برخی از مکان هایی که این مدل غرق کشتی شناسایی کرده است، غواصی کند. این به ما امکان می دهد با دقت بیشتری مدل را بررسی کنیم.
 
من همچنین روی چند پروژه یاد گیری ماشین باستان شناسی دیگر کار می کنم، و همه آنها بر اساس یک دیگر ساخته شده اند. هدف کلی کار من ساخت یک مدل یاد گیری ماشین باستان شناسی قابل تنظیم است. این مدل می تواند به سرعت و به راحتی بین پیش بینی انواع مختلف ویژگی های باستان شناسی، در خشکی و هم چنین زیر آب، در مناطق مختلف جهان جا به جا شود. به همین منظور، من هم چنین در حال کار بر روی پروژه هایی هستم که در زمینه یافتن ساختارهای باستان شناسی مایای باستان، غارهای یک مکان باستانی مایا و گورستان های رومانیایی متمرکز شده اند.
هدف کلی کار من ساخت یک مدل یاد گیری ماشین باستان شناسی قابل تنظیم است.

کاشف کشتی شکستگی ها

 
کرم های لوله ای، شقایق ها و صدف ها در مجاری دریچه گرمابی در Galapagos Rift جمع شده اند. برنامه NOAA Okeanos Explorer ، Galapagos Rift Expedition 2011 / Flickr، CC BY
 
چه کسی گزارش خوب را دوست ندارد، به خصوص یکی که از کشف های شگفت انگیز در دورترین نقاط کره زمین حکایت کند؟ رابرت دی بالارد، اقیانوس شناس، پیشکسوت و کاوشگر نیروی دریایی، خاطره ای با عنوان "در اعماق" نوشت که بسیاری از اکتشافات دراماتیک او، از جمله مکان یابی لاشه کشتی اقیانوس پیمای لوکس تایتانیک در سال 1985، را بازگو می کند.
 
بالارد که اکنون 79 ساله است، به دلیل طراحی و استفاده از انواع وسایل نقلیه برای اکتشاف در زیر آب شهرت دارد. مهم ترین مشارکت های علمی وی شامل نقشه برداری از مناطق میانی آتلانتیک ریج، یک زنجیره کوه زیر آبی که از طریق اقیانوس اطلس از شمال به جنوب می گذرد، و قرار دادن دریچه های گرمابی در شرق اقیانوس آرام است. این چشمه های آب گرم، زیر آب در شکاف های پوسته اقیانوس شکل می گیرد، جایی که آب های بسیار گرم از داخل زمین به سمت بالا می روند. یافتن آنها باعث تغییر تفکر دانشمندان در مورد تکامل زندگی روی زمین و شیمی اقیانوس شد.
 
من یک دانشمند زمین شناسی هستم که اقیانوس ها و آب و هوای زمین را مطالعه می کنم و اولین بار در سال 1978  وقتی در مؤسسه اقیانوس شناسی Woods Hole کار می کردم بالارد را ملاقات کردم. من کاملاً از مشارکت های او در علوم اقیانوس و همچنین کار او برای محبوب کردن اکتشاف اقیانوس و الهام بخشیدن به مردم که دانشمند شوند آگاهم. "در اعماق" بسیاری از کارهای او برای انجام این کار را به تصویر می کشد، از جمله جنبه های کم زرق و برق دار تر مانند جمع آوری پول، ساخت تیم های تحقیقاتی و ساعت ها ایستادن روی عرشه را. علوم، و به ویژه تحقیقات دریایی، یک تلاش انفرادی نیست - و کشف دریچه های گرمابی یک نمونه بارز در رابطه با این موضوع است.
 

نقشه برداری از کف دریا

در اوایل دهه 1970 ، زمانی که بالارد کار فارغ التحصیلی خود را در زمین شناسی و ژئو فیزیک دریایی انجام می داد، دانشمندان هنوز در حال اصلاح اصول تئوری تکتونیک صفحه ای بودند. یک ایده اصلی این بود که پوسته جدید اقیانوسی در مراکز گسترش در کف دریا ایجاد شد، جایی که صفحات اقیانوسی از یک دیگر دور می شدند و ماگما از داخل زمین بین آنها جمع می شد.
 
مطالعه 1972 در مورد مرکز گسترش در شرق اقیانوس آرام، نزدیک جزایر گالاپاگوس ، مشاهده کرد که دمای آب در نزدیکی قسمت هایی از مرکز گسترش کمی گرم تر است - یک کشف شگفت آور در اعماق 8000 تا 9000 فوت (2440 تا 2750 متر) - اما با فرار از محل به سرعت سرد می شود. این نشان می دهد که ممکن است منافذ هیدروترمال وجود داشته باشد.
 
در سال 1974 بالارد در پروژه FAMOUS شرکت کرد، که از کشتی ریر دریایی سرنشین دار الووین و یک فروند شناور فرانسوی برای کاوش در خط الرأس میانه آتلانتیک استفاده می کرد. محققان 8000 فوت به دره های شکاف عمیق در کف اقیانوس پائین رفتند و به کوه های شکاف مجاور در عمق حدود 3،300 فوت (1000 متر) صعود کردند. وجود بازالت تازه، فعالیت آتش فشانی اخیر و ایجاد پوسته جدید اقیانوس را پیشنهاد می کرد، اما بررسی آنها دریچه های گرمابی را پیدا نکرد.
   
تصویر: شناور سرنشین دار زیر آب. آلوین غوطه ور در حال بررسی دریچه های گرمابی در سال 1978NOAA.
 در کل ساحل سرزمین اصلی ایالات متحده چند پروژه مرتبط وجود دارد که در آنها با استفاده از یاد گیری عمیق و تصاویر جمع آوری شده توسط یک پهپاد زیر آب، این پروژه ها قادر به یافتن تعداد انگشت شماری از کشتی های شکسته هستند که بلافاصله در اطراف پهپاد قرار دارند.در همین حال، محققان دیگر در حال کاوش در مرکز گسترش گالاپاگوس بودند. در سال 1976 کاتلین کرین، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در مؤسسه اقیانوس شناسی اسکریپس، برای تحقیقات دکتری خود جریان گرمای دریایی را در آن منطقه بررسی کرد. برای این کار او از یک ماشین پیچیده اکتشاف در اعماق اقیانوس، Deep Tow ، استفاده کرد که پشت یک کشتی تحقیقاتی نزدیک کف اقیانوس کشیده شد و داده ها را به کشتی منتقل کرد.
 
اندازه گیری های کرین، چشمه های آب گرم را شناسایی کرد. عکس ها وجود پوسته صدف را در همان حوالی نشان می داد. او ترانسپوندرهای صوتی را که مارک، آن را "Clambake" می نامید، برای تحقیقات آینده به آب انداخت.
 
یک سال بعد، دانشمندان با آلوین و یک وسیله نقلیه عمیق یدک کش متفاوت، ANGUS ، به منطقه بازگشتند و می توانستند نزدیک تر به کف اقیانوس سفر کنند، و عکس ها و اندازه گیری های حرارتی بهتر را ارائه دهند. بالارد و کرین هر دو به همراه سایر محققان از دانشگاه ایالتی اورگان، MIT ، استنفورد، مؤسسه اقیانوس شناسی Woods Hole و Scripps  در این اعزام بودند.
 
عکس های جدید به دانشمندان این امکان را می داد تا مهم ترین مکان های غواصی را مشخص کنند. آنها در آلوین 24 غواصی کردند. در نقاط داغ، آنها مات و مبهوت شدند که دسته های انبوهی از صدف، شقایق، خرچنگ، ​​کرم های لوله ای و ارگانیسم های دیگر را در اطراف دریچه ها در کف اقیانوس پیدا کردند که با آب گرم از پایین به بالا می آمدند. تجزیه و تحلیل نشان داد که این ارگانیسم ها در حال انجام شیمی سنتز - ایجاد انرژی از مواد شیمیایی در آب دریا و در تاریکی کامل – هستند.
 
ناامید کننده این که، همه آن چه بالارد در "در اعماق" در مورد نقش کرین در این کشف می گوید این است که محققان Scripps  در سال 1976 با استفاده از Deep Tow منطقه را اسکن کرده و "چند ناهنجاری ظریف دما" را کشف کرده اند. در کشمکش اعتبار برای کشفیات مهم علمی، تشخیص صحیح این که چه کسی کشف کرده است، اگر غیر ممکن نباشد، دشوار است. در یک تلاش جمعی، چه کسی باید شناخته شود؟
 
کرین، که من او را از سال 1978 می شناسم، در مقاله 1979 در مجله Science که منافذ گرمابی را توصیف می کند، به عنوان یکی از نویسندگان کتاب ذکر شده است و او به تحصیل در اقیانوس ها و قطب شمال ادامه می دهد. اما نقش او در این کشف اعتبار نسبتاً کمی در حساب های محبوب دریافت کرده است. همان طور که می بینم، خاطرات بالارد فرصتی مناسب برای تصدیق سهم وی در یکی از مهم ترین اکتشافات علوم اقیانوس قرن بیستم بوده است.
 

یافتن کشتی های گم شده

بالارد هنگام هدایت گروه اعزامی ای که RMS Titanic را در سال 1985 یافت، مورد استقبال گسترده تری قرار گرفت. این سفر توسط نیروی دریایی ایالات متحده تأمین هزینه شد - نه به دلیل علاقه به تایتانیک، بلکه به عنوان یک ضمیمه برای مطالعات مخفی لاشه دو زیر دریایی تهاجمی هسته ای قدرتمند، USS Scorpion  و USS Thresher ، که در دهه 1960 غرق شدند.
 
در تاریخ 1 سپتامبر 1985، بالارد و تیمش اولین عکس های بقایای تایتانیک، 2.4 مایل (3.8 کیلومتر) زیر سطح اقیانوس اطلس و تقریباً 400 مایل (600 کیلومتر) در جنوب شرقی نیوفاندلند، را گرفتند. آنها با استفاده از آرگو، یک سیستم جدید سونار و دوربین فیلم برداری با کشش عمیق، این لاشه را پیدا کردند و در منطقه ای به وسعت 100 مایل مربع از کف دریا به جستجوی گسترده پرداختند. دانشمندان اقیانوس با امید و دعا برای آشکار شدن چیزی جدید، این روند را "چمن زنی" می نامیدند.
   
تصویر: نیمه جلوی غرق شده تایتانیک. کمان تایتانیک، که در سفر بازگشت در سال 2004 عکس گرفته شده است. NOAA / مؤسسه اکتشاف / دانشگاه رود آیلند از طریق ویکی پدیا
 
پس از تایتانیک، بالارد کشتی های معروف دیگر گم شده را رد یابی کرد. در سال 1989 او و خدمه اش، بیسمارک، یک ناو جنگی جنگ جهانی دوم آلمان را که توسط نیروهای متفقین در اقیانوس اطلس شمالی در سال 1941 غرق شد، پیدا کردند. و در سال 2002 آنها PT-109 را پیدا کردند، یعنی قایقی گشتی که توسط جان اف کندی 26 ساله کاپیتانی شد، که در سال 1943 هنگامی که توسط یک ناو شکن ژاپنی مورد اصابت قرار گرفت، در جنوب اقیانوس آرام غرق شد.
 
تا سال 2008 بالارد پنج سفر را به دریای سیاه هدایت کرده بود، جایی که آب عمیق کم اکسیژن، کشتی های باستانی و محموله های آنها را حفظ می کرد. دانشمندان هنوز در حال بررسی و تجزیه و تحلیل این کپسول های باستانی هستند.
 

همه دست ها روی عرشه است

در دهه های اخیر، بالارد تلاش زیادی برای افزایش تنوع در اقیانوس شناسی و اکتشافات، به ویژه با توجه به تنوع جنسیتی کرده است. پروژه یاد گیری جیسون، که بالارد در سال 1989 تأسیس کرد تا دانش آموزان K-12 را از طریق هیجان تحقیقات اقیانوس ها به دانش، فناوری، مهندسی و ریاضیات علاقه مند کند، بسیاری از زنان را شامل می شود. کشتی تحقیقاتی Ocean Exploration Trust او، یعنی E.V. Nautilus  - که به نام زیر دریایی کاپیتان نمو در "بیست هزار لیگ زیر دریا" کلاسیک ژول ورن این گونه نامیده شد - زنان زیادی را به عنوان خدمه دائمی در اختیار دارد، چیزی که 50 سال پیش از آن چیزی شنیده نشده بود.
 
برای من، همکاری با خدمه ماهر متشکل از دانشمندان و تکنسین های داخل کشتی یکی از جالب ترین جنبه های تحقیقات دریایی است. هیچ کس نمی تواند در مورد همه اجزای سیستم اقیانوس شگفت انگیز سیاره ما متخصص باشد، از پلانکتون های کوچک شناور در جریان های سطحی گرفته تا صفحات تکتو نیکی در حال پخش و برخورد در زیر آب. بودن در دریا با دیگر دانشمندان دریایی لذت فوق العاده ای در کار من ایجاد کرده است.
 مدل رایانه ای که ما ایجاد کردیم، در یافتن کشتی شکستگی های شناخته شده، 92٪ دقیق است.چیزهای زیادی در مورد اقیانوس کشف شده است و برای انجام آن به انواع استعدادها نیاز داریم. استعداد بالارد در ساخت و استفاده از وسایل نقلیه از راه دور برای اکتشاف کف دریا و قابلیت های داستان سرایی و جمع آوری کمک مالی است که الهام بخش نسل های آینده اکتشافات اقیانوس است.
 
منبع: لیلا کاراکتر، The University of Texas at Austin College of Liberal Arts، سوزان اوکانل، Wesleyan University