Wir wissen mehr über andere Planeten als über unseren eigenen, und heute möchte ich Ihnen einen neuen Robotertypen zeigen, der uns helfen wird, unseren eigenen Planeten besser zu verstehen. Er gehört zu einer Kategorie,
We know more about other planets than our own, and today, I want to show you a new type of robot designed to help us better understand our own planet. It belongs to a category
die die ozeanographische Gemeinschaft "unbemanntes Wasserfahrzeug (USV)" nennt. Es braucht keinen Kraftstoff. Stattdessen bedient es sich der Windkraft als Antrieb. Und dennoch kann es für Monate ununterbrochen rund um den Globus segeln. Ich möchte Ihnen gerne zeigen, warum wir es gebaut haben, und was es für Sie bedeutet.
known in the oceanographic community as an unmanned surface vehicle, or USV. And it uses no fuel. Instead, it relies on wind power for propulsion. And yet, it can sail around the globe for months at a time. So I want to share with you why we built it, and what it means for you.
Vor ein paar Jahren war ich auf einem Segelboot, das über den Pazifik von San Francisco nach Hawaii segelte. Ich hatte die vorausgegangenen 10 Jahre ununterbrochen gearbeitet und Videospiele für hundert Millionen von Usern entwickelt. Ich wollte Abstand gewinnen, auf das große Ganze schauen und Zeit zum Nachdenken haben. Ich war der Steuermann an Bord und eines Abends, nachdem ich lange die Wetterdaten studiert und unseren Kurs festgelegt hatte, kam ich auf Deck und sah diesen wunderschönen Sonnenuntergang. Und da kam mir ein Gedanke: Wieviel wissen wir wirklich über unsere Ozeane? Der Pazifik war überall um mich herum, so weit das Auge reichte, und die Wellen schaukelten kräftig unser Boot, wie um uns daran zu erinnern, wie mächtig das Meer sein kann. Wieviel wissen wir wirklich über unsere Meere? Ich beschloss, das herauszufinden.
A few years ago, I was on a sailboat making its way across the Pacific, from San Francisco to Hawaii. I had just spent the past 10 years working nonstop, developing video games for hundreds of millions of users, and I wanted to take a step back and look at the big picture and get some much-needed thinking time. I was the navigator on board, and one evening, after a long session analyzing weather data and plotting our course, I came up on deck and saw this beautiful sunset. And a thought occurred to me: How much do we really know about our oceans? The Pacific was stretching all around me as far as the eye could see, and the waves were rocking our boat forcefully, a sort of constant reminder of its untold power. How much do we really know about our oceans? I decided to find out.
Mir wurde schnell klar, dass wir nicht sehr viel wissen. Der erste Grund hierfür ist, dass die Meere so unermesslich sind und 70 Prozent unseres Planet bedecken. Aber wir wissen, dass sie komplexe Planetensysteme steuern, wie das globale Wetter, das uns alle täglich betrifft, manchmal auf dramatische Weise. Allerdings sind diese Vorgänge größtenteils unsichtbar für uns.
What I quickly learned is that we don't know very much. The first reason is just how vast oceans are, covering 70 percent of the planet, and yet we know they drive complex planetary systems like global weather, which affect all of us on a daily basis, sometimes dramatically. And yet, those activities are mostly invisible to us.
Daten über die Meere sind in jeder Hinsicht knapp. Auf dem Land war ich es gewohnt, auf viele Sensoren zurückgreifen zu können -- Milliarden von ihnen. Aber auf See sind in-situ-Daten selten und teuer. Man ist auf eine begrenzte Anzahl von Schiffen und Bojen angewiesen. Wie klein die Anzahl tatsächlich war, war in der Tat überraschend. Unsere Nationale Wetter- und Ozeanografiebehörde, auch bekannt als NOAA, hat nur 16 Schiffe und weniger als 200 Bojen ablandig weltweit. Der Grund ist einfach: die Ozean sind ein gnadenloses Terrain. Um dort in-situ-Daten zu sammeln, braucht man große Schiffe, die viel Treibstoff und eine große Crew mitführen können. Diese kosten jeweils mehrere hundert Millionen Dollar! Oder große Bojen, die mit einem 4 Meilen langen Kabel an den Meeresgrund gekettet und mit einem Satz Eisenbahnräder beschwert werden. Das ist sowohl gefährlich zu installieren als auch teuer zu unterhalten.
Ocean data is scarce by any standard. Back on land, I had grown used to accessing lots of sensors -- billions of them, actually. But at sea, in situ data is scarce and expensive. Why? Because it relies on a small number of ships and buoys. How small a number was actually a great surprise. Our National Oceanic and Atmospheric Administration, better known as NOAA, only has 16 ships, and there are less than 200 buoys offshore globally. It is easy to understand why: the oceans are an unforgiving place, and to collect in situ data, you need a big ship, capable of carrying a vast amount of fuel and large crews, costing hundreds of millions of dollars each, or, big buoys tethered to the ocean floor with a four-mile-long cable and weighted down by a set of train wheels, which is both dangerous to deploy and expensive to maintain.
Und was ist mit Satelliten? Nun, Satelliten sind fantastisch, und sie haben uns in den vergangenen Jahrzehnten viel gelehrt über das große Ganze. Allerdings ist das Problem mit Satelliten, dass sie nur durch einen Mikrometer der Meeresoberfläche durchsehen können Sie haben eine relativ schlechte räumliche und zeitliche Auflösung und ihre Signale müssen angepasst werden, an Wolken, an die Bodenbeschaffenheit und an andere Faktoren.
What about satellites, you might ask? Well, satellites are fantastic, and they have taught us so much about the big picture over the past few decades. However, the problem with satellites is they can only see through one micron of the surface of the ocean. They have relatively poor spatial and temporal resolution, and their signal needs to be corrected for cloud cover and land effects and other factors.
Was genau passiert also gerade in den Meeren? Und was versuchen wir zu messen? Wie kann dabei ein Roboter von Nutzen sein?
So what is going on in the oceans? And what are we trying to measure? And how could a robot be of any use?
Zoomen wir mal auf einen kleinen Würfel im Meer. Als ersten wichtigen Punkt wollen wir die Oberfläche besser verstehen. Die Oberfläche ist die Verbindung aller Interaktionen zwischen Luft und Wasser. Sie ist die Schnittstelle, durch die alle Energie und Gase fliesen müssen. Unsere Sonne strahlt Energie ab, die von den Meeren als Hitze absorbiert wird und dann teilweise wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. Gase in unserer Atmosphäre wie bspw. CO2 werden in unseren Meeren aufgelöst. Tatsächlich werden ungefähr 30 Prozent des globalen CO2 absorbiert. Plankton und Mikroorganismen geben Sauerstoff an die Atmosphäre ab, und zwar so viel, dass jeder zweite Atemzug eigentlich vom Ozean stammt.
Let's zoom in on a small cube in the ocean. One of the key things we want to understand is the surface, because the surface, if you think about it, is the nexus of all air-sea interaction. It is the interface through which all energy and gases must flow. Our sun radiates energy, which is absorbed by oceans as heat and then partially released into the atmosphere. Gases in our atmosphere like CO2 get dissolved into our oceans. Actually, about 30 percent of all global CO2 gets absorbed. Plankton and microorganisms release oxygen into the atmosphere, so much so that every other breath you take comes from the ocean.
Ein Teil dieser Hitze erzeugt Verdunstung, die Wolken verursacht und schließlich zu Niederschlag führt. Druckgefälle erzeugt Bodenwind, der die Feuchtigkeit durch die Atmosphäre treibt. Ein Teil der Hitze strahlt nach unten tief in den Ozean ab und wird in verschiedenen Schichten gelagert. Dabei agiert der Ozean als eine Art planetarischer Heizungskessel, um all diese Energie aufzunehmen, die später vielleicht in kurzfristigen Naturereignissen wie Hurricane oder in langfristigen Phänomenen wie El Nino freigesetzt werden. Diese Schichten werden vermischt durch vertikal nach oben steigende oder horizontale Strömungen, die ausschlaggebend sind für den Transport der Hitze von den Tropen zu den Polen. Und natürlich gibt es Leben im Meer, das das volumenmäßig größte Ökosystem auf dem Planeten besetzt. Angefangen von Mikroorganismen über Fische bis zu Meeressäugetieren, wie Robben, Delphine und Wale.
Some of that heat generates evaporation, which creates clouds and then eventually leads to precipitation. And pressure gradients create surface wind, which moves the moisture through the atmosphere. Some of the heat radiates down into the deep ocean and gets stored in different layers, the ocean acting as some kind of planetary-scale boiler to store all that energy, which later might be released in short-term events like hurricanes or long-term phenomena like El Niño. These layers can get mixed up by vertical upwelling currents or horizontal currents, which are key in transporting heat from the tropics to the poles. And of course, there is marine life, occupying the largest ecosystem in volume on the planet, from microorganisms to fish to marine mammals, like seals, dolphins and whales.
Aber diese sind größtenteils unsichtbar für uns. Die Herausforderung bei der Erforschung der Meere im großen Stil ist die der Energie. Energie, die benötigt wird, um Sensoren in den Tiefen des Ozeans zu stationieren. Viele verschiedene Lösungen wurden schon ausprobiert: Wellen angetriebenen Geräte, auf der Wasseroberfläche treibende, bis hin zu Sonnenergie betriebenen Geräten -- jedes hatte bestimmte Einschränkungen. Der Durchbruch für unser Team kam von unerwarteter Seite: Dem Weltrekordversuch eines Gefährts mit Windantrieb! Hier stand nach 10 Jahren Forschung und Entwicklung ein neues Tragflächenkonzept zur Verfügung, das mit nur 3 Watt angesteuert werden kann und das dennoch ein Gefährt um die ganze Welt antreiben kann, mit anscheinend unbegrenzter Autonomie. Die Adaption dieses Tragflächenkonzeptes auf Marinefahrzeuge führte zur Entstehung einer Meeresdrohne.
But all of these are mostly invisible to us. The challenge in studying those ocean variables at scale is one of energy, the energy that it takes to deploy sensors into the deep ocean. And of course, many solutions have been tried -- from wave-actuated devices to surface drifters to sun-powered electrical drives -- each with their own compromises. Our team breakthrough came from an unlikely source -- the pursuit of the world speed record in a wind-powered land yacht. It took 10 years of research and development to come up with a novel wing concept that only uses three watts of power to control and yet can propel a vehicle all around the globe with seemingly unlimited autonomy. By adapting this wing concept into a marine vehicle, we had the genesis of an ocean drone.
Nun, sie sind größer als sie hier erscheinen. Sie sind ca. 5 Meter hoch, 7 Meter lang und 2 Meter tief. Wie ein Satellit an der Oberfläche.. Sie sind beladen mit einer Reihe von wissenschaftlichen Sensoren, die alle wichtigen Variablen messen, und zwar die ozeanografischen und die atmosphärischen. Über eine Satelittenverbindung werden die Daten mit hoher Auflösung und in Echtzeit an Land übermittelt. Unser Team hat die letzten Jahre hart daran gearbeitet, Missionen unter einigen der härtesten Bedingungen auf den Meeren des Planeten durchzuführen, von der Arktis bis zum tropischen Pazifik. Wir sind den ganzen Weg bis zum polaren Schelfeis gesegelt. Wir sind in atlantische Hurricanes hinein gesegelt. Wir haben das Kap Horn umsegelt und sind Slalom zwischen den Ölinseln im Golf von Mexiko gesegelt. Ein Roboter, der ganz schön was aushält!
Now, these are larger than they appear. They are about 15 feet high, 23 feet long, seven feet deep. Think of them as surface satellites. They're laden with an array of science-grade sensors that measure all key variables, both oceanographic and atmospheric, and a live satellite link transmits this high-resolution data back to shore in real time. Our team has been hard at work over the past few years, conducting missions in some of the toughest ocean conditions on the planet, from the Arctic to the tropical Pacific. We have sailed all the way to the polar ice shelf. We have sailed into Atlantic hurricanes. We have rounded Cape Horn, and we have slalomed between the oil rigs of the Gulf of Mexico. This is one tough robot.
Ich möchte Ihnen unsere jüngst Arbeit in der Nähe der Pribilof Inseln zeigen. Das ist eine kleine Inselgruppe tief im kalten Beringmeer zwischen der USA und Russland. Im Beringmeer ist der Alaska-Pollack zu Hause, ein Weißfisch, den Sie vielleicht nicht erkennen, aber bestimmt schon mal gegessen haben, wenn Sie Fischstäbchen oder Surimi mögen. Ja, Surimi sieht aus wie Krabbenfleisch, es ist aber eigentlich Pollack. Und die Pollack Fischerei ist die größte der Nation, sowohl im Wert als auch im Volumen. Circa 3,1 Mrd. Pfund Fisch werden jedes Jahr gefangen.
Let me share with you recent work that we did around the Pribilof Islands. This is a small group of islands deep in the cold Bering Sea between the US and Russia. Now, the Bering Sea is the home of the walleye pollock, which is a whitefish you might not recognize, but you might likely have tasted if you enjoy fish sticks or surimi. Yes, surimi looks like crabmeat, but it's actually pollock. And the pollock fishery is the largest fishery in the nation, both in terms of value and volume -- about 3.1 billion pounds of fish caught every year.
Über die letzten paar Jahre war eine ganze Flotte von Meeresdrohnen schwer am Arbeiten, um die Größe des Pollack Vorkommens im Beringmeer abzuschätzen. Damit wurde das Quotensystem verbessert, mit dem die Fischerei gesteuert wird und das Überfischung verhindert und so dieses fragile Ökosystem schützt. Die Drohnen inspizieren die Fanggründe mit Hilfe von Akustik, nämlich mit einem Sonar. Dieses sendet Schallwellen nach unten, und diese werden als Echo der Schallwellen vom Meeresboden oder von den Fischschwärmen reflektiert, so dass wir wissen, was unter der Oberfläche vor sich geht. Unsere Meeresdrohnen können diese sich wiederholende Aufgabe sehr gut verrichten. Daher lassen wir sie das Beringmeer im Schachbrettmuster non-stop absegeln.
So over the past few years, a fleet of ocean drones has been hard at work in the Bering Sea with the goal to help assess the size of the pollock fish stock. This helps improve the quota system that's used to manage the fishery and help prevent a collapse of the fish stock and protects this fragile ecosystem. Now, the drones survey the fishing ground using acoustics, i.e., a sonar. This sends a sound wave downwards, and then the reflection, the echo from the sound wave from the seabed or schools of fish, gives us an idea of what's happening below the surface. Our ocean drones are actually pretty good at this repetitive task, so they have been gridding the Bering Sea day in, day out.
Die Pribilof Inseln sind auch die Heimat einer großen Seebären-Kolonie. In den 50er Jahren gab es ungefähr 2 Mio. Tiere in dieser Kolonie. Leider hat der Bestand heute sehr abgenommen. Weniger als 50 Prozent von damals sind noch übrig, und der Bestand sinkt weiter rapide. Um den Grund zu verstehen, hat unser Forschungspartner am National Marine Mammal Labortory eine GPS-Marke an einigen der Muttertiere angebracht, festgeklebt an ihrem Fell. Diese Marke misst den Aufenthaltsort und die Tiefe und hat sogar eine wirklich coole kleine Kamera, die von plötzlicher Beschleunigung ausgelöst wird. Hier ein kleiner Film von einer artistisch veranlagten Robbe mit nie zuvor gesehenen Bildern einer Unterwasser-Jagd, tief im arktischen Ozean und dieser Aufnahme der Beute, eines Pollack, nur Sekunden bevor er verschlungen wird.
Now, the Pribilof Islands are also the home of a large colony of fur seals. In the 1950s, there were about two million individuals in that colony. Sadly, these days, the population has rapidly declined. There's less than 50 percent of that number left, and the population continues to fall rapidly. So to understand why, our science partner at the National Marine Mammal Laboratory has fitted a GPS tag on some of the mother seals, glued to their furs. And this tag measures location and depth and also has a really cool little camera that's triggered by sudden acceleration. Here is a movie taken by an artistically inclined seal, giving us unprecedented insight into an underwater hunt deep in the Arctic, and the shot of this pollock prey just seconds before it gets devoured.
In der Arktis zu arbeiten, ist sehr schwierig, selbst für einen Roboter. Sie mussten Schneestürme im August überstehen und Störungen durch Schaulustige -- hier eine kleine Largha-Robbe, die Spaß am Mitfahren hat.
Now, doing work in the Arctic is very tough, even for a robot. They had to survive a snowstorm in August and interferences from bystanders -- that little spotted seal enjoying a ride.
(Gelächter)
(Laughter)
Über die Saison hinweg haben die Robben mit den Marken über 200.000 Tauchgänge aufgezeichnet, und sieht man näher hin, erkennt man die individuellen Bahnen und sich wiederholende Tauchgänge. Wir sind dabei, zu entschlüsseln, was wirklich passiert in diesen Nahrungsgründen. Es ist ziemlich wundervoll. Sobald man die akustischen Daten, die von den Drohnen gesammelt wurden, übereinander legt, ergibt sich ein Bild. Wenn die Robben die Inseln verlassen und von links nach rechts schwimmen, kann man sehen, dass sie in einer relativ flachen Tiefe von ca. 20 Metern tauchen. Gemäß den Drohnen ist diese Tiefe von kleinen, jungen Pollacks besiedelt, die einen geringen Kaloriengehalt haben. Im Anschluss schwimmen die Robben über wesentlich größere Entfernungen, und tauchen tiefer dorthin, wo laut den Drohnen große, erwachsene Pollacks leben, die als Fisch nahrhafter sind. Leider verbrauchen die Muttertiere für diese Extrastrecke so viele Kalorien, dass sie nicht mehr genügend Energie haben, um ihre Jungen auf den Inseln zu säugen, was dazu führt, dass die Population weiter abnimmt. Außerdem haben die Drohnen herausgefunden, dass die Wassertemperatur um die Insel sich signifikant erwärmt hat. Das könnte einer der Hauptfaktoren sein, der die Pollacks nach Norden treibt, wo sie sich auf der Suche nach kälteren Regionen verteilen. Die Daten werden laufend weiter analysiert, aber wir können bereits erkennen, das einige Rätsel-Teile des Seebären-Mysteriums gelüftet werden können.
Now, the seal tags have recorded over 200,000 dives over the season, and upon a closer look, we get to see the individual seal tracks and the repetitive dives. We are on our way to decode what is really happening over that foraging ground, and it's quite beautiful. Once you superimpose the acoustic data collected by the drones, a picture starts to emerge. As the seals leave the islands and swim from left to right, they are observed to dive at a relatively shallow depth of about 20 meters, which the drone identifies is populated by small young pollock with low calorific content. The seals then swim much greater distance and start to dive deeper to a place where the drone identifies larger, more adult pollock, which are more nutritious as fish. Unfortunately, the calories expended by the mother seals to swim this extra distance don't leave them with enough energy to lactate their pups back on the island, leading to the population decline. Further, the drones identify that the water temperature around the island has significantly warmed. It might be one of the driving forces that's pushing the pollock north, and to spread in search of colder regions. So the data analysis is ongoing, but already we can see that some of the pieces of the puzzle from the fur seal mystery are coming into focus.
Aber wenn man sich auf das große Ganze rückbesinnt -- wir sind auch Säugetiere! Und die Ozeane versorgen auch uns Menschen mit ca. 20 Kilo Fisch pro Mensch im Jahr. Noch immer dezimieren wir unsere Fischbestände. Können wir Menschen nicht etwas von den Seebären lernen? Aber es geht nicht nur um Fische! Die Ozeane haben auch Einfluss auf unser globales Wettersystem, das wiederum Dinge beeinflusst wie den globalen landwirtschaftlichen Ertrag, oder zu verheerender Vernichtung von Leben und zu Armut führen kann: durch Hurricane, extreme Hitze oder Fluten. Unsere Ozeane sind noch ziemlich unerforscht und heute wissen wir mehr über andere Planeten als über unseren eigenen.
But if you look back at the big picture, we are mammals, too. And actually, the oceans provide up to 20 kilos of fish per human per year. As we deplete our fish stocks, what can we humans learn from the fur seal story? And beyond fish, the oceans affect all of us daily as they drive global weather systems, which affect things like global agricultural output or can lead to devastating destruction of lives and property through hurricanes, extreme heat and floods. Our oceans are pretty much unexplored and undersampled, and today, we still know more about other planets than our own.
Aber wenn wir dieses riesige Meer in Quadrate von 6x6 Grad aufteilen, jedes ungefähr 400 Meilen lang, dann bekommt man ungefähr 1000 solcher Quadrate. Stück für Stück und zusammen mit unseren Partnern stationieren wir gegenwärtig eine Meeres- drohne in jedem dieser Quadrate. So hoffen wir, durch die Abdeckung des ganzen Planeten bessere Einblicke in unser Planetensystem zu erhalten, das die Menschheit beeinflusst.
But if you divide this vast ocean in six-by-six-degree squares, each about 400 miles long, you'd get about 1,000 such squares. So little by little, working with our partners, we are deploying one ocean drone in each of those boxes, the hope being that achieving planetary coverage will give us better insights into those planetary systems that affect humanity.
Wir benutzen nun schon eine Weile, Roboter, um entfernte Welten in unserem Sonnensystem zu untersuchen. Nun ist es Zeit, unseren eigenen Planeten zu quantifizieren. Denn wir können nicht reparieren, was wir nicht messen können, und wir können uns nicht vorbereiten, auf etwas, was wir nicht kennen.
We have been using robots to study distant worlds in our solar system for a while now. Now it is time to quantify our own planet, because we cannot fix what we cannot measure, and we cannot prepare for what we don't know.
Danke.
Thank you.
(Applaus)
(Applause)