今週、サンフランシスコ湾ブリッジかゴールデンゲートブリッジを渡る機会があれば、赤い帆をつけた巨大なサーフボードがゆっくりと水面を進んでいくのを見かけませんか？誰も乗っていなくても驚かないでください。実はこれは「セイルドローン・サーベイヤー」と呼ばれる自律型調査船で、岸から遠隔操縦されています。
全長72フィート（約22メートル）のこの探査船は、今週、カリフォルニア州アラメダの旧海軍基地のドックから湾内へ進水する。この探査船は、強力なソナー装置を用いて海底の地形を数ヶ月にわたって調査するとともに、同時に海面をスキャンして海底を泳ぐ魚類などの海洋生物の遺伝物質を採取するよう設計されている。
炭素繊維複合材とステンレス鋼の船体を持つこの船は、事前にプログラムされた航路に沿って自律航行し、海洋データを収集し、衛星リンクを介してSaildrone本社に送信します。このデータは、海洋を研究する政府機関や大学の科学者に提供されます。設計者らは、将来的には太陽光発電のSurveyorが、運用コストがはるかに高く、多大な二酸化炭素排出量をもたらす既存の海洋調査船に取って代わることを期待していると語っています。
「私たちの目標は、地球を理解することです」と、カリフォルニアの企業Saildroneの創業者兼CEO、リチャード・ジェンキンス氏は語る。同社は過去15年間、サーベイヤーの約3分の1の大きさの船舶の設計に携わってきた。「海底情報が必要な理由は数多くあります。通信ケーブルや大洋横断ケーブルの敷設場所の把握から、航行の安全確保、津波を引き起こす海底の地震断層の探索まで、多岐にわたります。」
もう一つの用途は、新たなエネルギーインフラの構築です。風力発電所の開発者は、海底に構造物を沈める前に、その基礎となる地質条件を把握する必要があります。「再生可能エネルギーへの移行に伴い、経済的なニーズも高まっています。風力発電所では、風力タービンを建設するために、綿密な地図作成が必要です」とジェンキンス氏は言います。
今後数週間の海上試験を終えたサーベイヤー号の最初のミッションは、サンフランシスコからハワイへの航海です。その途中で、魚やその他の海洋生物が集まる一連の海底海山付近の未踏の海域の地図を作成します。ハワイ航海は、船底の装置から複数の音波を発射する2つのマルチビームソナーを含む新しいセンサーパッケージの試運転航海も兼ねます。これらの音波は、海底と水柱内の泡や魚などから反射します。音波が船に跳ね返ると、マルチビームエコーサウンダが音波を受信してデータを解釈し、船下の3次元空間全体の視覚化を行います。サーベイヤー号のマルチビームソナーは水深7,000メートル（約23,000フィート）まで到達でき、これは世界のほとんどの海洋の深さをカバーします。また、水深1,000メートル（3,280フィート）までの水流の速度と方向を検知できる音響ドップラー流速プロファイラーと呼ばれる装置もあります。
科学者たちは数十年にわたり、有人潜水艇で海底への潜航を行ってきました。例えば、最近改良されたアルビン号は、3人を乗せて水深6,500メートルまで潜ることができます。有人潜水艇は、研究者が熱水噴出孔、噴火する海底火山、あるいは珍しい深海の海洋生息地に近づくことを可能にしますが、潜航時間は数時間しかなく、Saildrone Surveyorのようなドローンに比べて運用コストがはるかに高くなります。
海洋学者たちは、大気から熱と炭素がどのように吸収され、海洋全体に分配されるかをより深く理解するために、海流循環を理解したいと考えているとジェンキンス氏は語る。炭素排出によって閉じ込められた熱の90%以上は海洋に吸収されるため、海洋の温暖化は深刻化する危機の紛れもない兆候となっている。研究者たちは、熱と炭素が蓄積され放出される地球全体の熱収支と炭素収支の推定精度を向上させ、大気と海洋の変化の速度と将来的な影響をより正確に測定したいと考えている。Saildrone Surveyorは、搭載センサーを用いて海流と水温のデータを収集する。
セイルドローン提供
モントレー湾水族館研究所の研究者らが設計・構築した別のセンサーは、海洋生物の皮膚、粘液、排泄物から排出されるDNAを採取する。海洋科学者らは環境DNA（eDNA）採取のアイデアに期待を寄せている。データ収集のために荒天の中、海に出向く必要がなくなり、3～4週間の航海で情報を収集する代わりに、長期間にわたってサンプルを採取できるからだ。また、魚を捕獲する必要もない。DNAサンプルはリアルタイムで分析され、結果は地図や海洋循環データとともに陸上に送り返される。ある海域に生息する魚類やその他の動物の種類を知ることは、商業漁業の漁獲制限面積や保護すべき海域を設定する規制当局にとって重要である。
Saildrone Surveyorは、複数の組織からの資金提供を受けて開発されました。2019年、NOAA海洋探査研究局は、モントレー湾水族館研究所およびSaildroneと提携し、深海マッピングとDNAサンプル採取のためのSaildrone Surveyorへのセンサーの統合と試験を行うため、国立海洋学パートナーシッププログラムを通じてニューハンプシャー大学に3年間で100万ドルの助成金を提供しました。
ジェンキンス氏によると、現在のSurveyorは、太平洋横断、アラスカ北斜面沖の浅い沿岸域の地図作成、南極大陸周辺の南極海周航に成功した小型セイルドローンの開発に10年を費やした成果の集大成だ。しかし、ニューハンプシャー大学沿岸海洋地図作成センターおよび合同水路センターの所長であるラリー・メイヤー氏は、小型版では深海の地図作成に必要なソナー装置を動かすのに十分な太陽光発電がなかったと指摘する。「私たちは海の大部分について、実のところほとんど何も分かっていません」とメイヤー氏は言う。「海底の約19%しか、詳細な地図が作成されていません。」
マイヤー氏は、ドローンからデータを圧縮して送信するという技術的な課題に取り組んできた。「どのように自律的にデータを収集し、どのように圧縮し、データのどの部分を適切に活用するのか」とマイヤー氏は語る。「すべてをリアルタイムで送信できるとは思っていません」。米国沿岸を越えた深海で稼働している間、センサーは1日あたり1ギガバイトの情報を集める。しかし、表層水に浮遊する生物の遺伝情報も加えると、データパイプラインは毎分1ギガバイトの速度で流れ始める。「ボトルネックとなっているのは衛星接続です」とマイヤー氏は言う。
ここでデータ圧縮が役立ち、リンクが利用可能になるまで船上にデータを保存しておくことができる。将来的には、Saildroneがどのエリアをマッピングし、探索するかについて、より自律的に判断できるようになるとメイヤー氏とジェンキンス氏は予想している。今のところ、ルートの選択は陸上のパイロットチームが24時間体制で問題がないか確認しながら行う（オペレーターチームは交代制で作業する）。
これまで、Saildroneのエンジニアと設計者は、小型の22フィート（約6.7メートル）プラットフォームで海洋情報を収集できることを実証してきました。ウッズホール海洋研究所海洋ロボティクスセンター所長のジェームズ・ベリンガム氏によると、これはより大型のSaildrone Surveyorにとって良い兆候です。「彼らは、これらのシステムを海に持ち込み、長時間、長距離にわたって保持できることを実証しました」とベリンガム氏は言います。「同時に、高品質のデータも生成できます。科学の世界では、それが重要です。そこに行けてもデータを持ち帰れないなら、誰が気にするでしょうか？」
ベリンガム氏は、大型のSaildroneは海上での衝突防止対策も考慮する必要があると述べている。大型化に伴い標的も大きくなるためだ。SaildroneのCEO、ジェンキンス氏は、この潜在的な問題への備えは万全だと述べている。これまでのSaildroneは海上で事故を起こしていないが、新型Surveyorにはトランスポンダー、レーダー、そして貨物船のブリッジとほぼ同じ高さの50フィート（約15メートル）のマストと、その上に設置された高解像度カメラが搭載されている。これにより、操縦者は遠くから水平線をスキャンすることができる。「Surveyorは他の船舶を検知する能力が非常に高い」とジェンキンス氏は言う。「この機体では常に人間が監視を行っている。」
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