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 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.
We weten meer over andere planeten dan over die van onszelf en vandaag wil ik jullie een nieuw type robot laten zien, ontworpen om ons onze eigen planeet beter te leren begrijpen. Hij behoort tot een categorie die bij oceanografen bekend staat als een onbemand oppervlaktevoertuig of USV. Hij verbruikt geen brandstof. In plaats daarvan benut hij windenergie voor de voortstuwing. Toch kan hij maandenlang over de hele wereld rondvaren. Ik wil jullie daarom vertellen waarom we hem bouwden en wat hij voor jullie kan betekenen.
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.
Een paar jaar geleden voer ik op een zeilboot door de Stille Oceaan van San Francisco naar Hawaï. Ik had de afgelopen 10 jaar non-stop gewerkt aan het ontwikkelen van videogames voor honderden miljoenen gebruikers en wilde een stapje achteruit doen om het grotere plaatje te zien en wat broodnodige bedenktijd krijgen. Ik was de navigator aan boord en op een avond, na een lange sessie van weergegevens analyseren en het uitzetten van onze koers, kwam ik aan dek en zag deze mooie zonsondergang. Er kwam een gedachte bij me op: hoeveel weten we eigenlijk over onze oceanen? De Stille Oceaan strekte zich overal om me heen uit, zo ver als ik kon kijken, en door de golven schommelde de boot krachtig, wat ons constant herinnerde aan hun ongekende macht. Hoeveel weten we nou eigenlijk over onze oceanen? Ik besloot het uit te zoeken.
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.
Ik leerde snel dat we niet veel weten. De eerste reden is simpelweg dat de oceanen zo groot zijn, 70 procent van de planeet. We weten inmiddels dat ze complexe aardsystemen aanstuwen, zoals het wereldwijde weer, die ons allemaal elke dag beïnvloeden, soms met dramatische gevolgen. Toch blijven deze gebeurtenissen meestal onzichtbaar voor ons.
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.
Oceaangegevens zijn hoe dan ook schaars. Aan land was ik gewend geraakt aan toegang tot tal van sensoren -- miljarden, eigenlijk. Maar op zee gemeten data zijn schaars en duur. Waarom? Omdat het allemaal komt van een klein aantal schepen en boeien. Hun kleine aantal was eigenlijk een grote verrassing. Onze Nationale Oceanische en Atmosferische Administratie, beter bekend als NOAA, heeft slechts 16 schepen, en er zijn wereldwijd minder dan 200 boeien op zee. Het is gemakkelijk te begrijpen waarom: oceanen zijn meedogenloos en om ter plekke gegevens te verzamelen, heb je een groot schip nodig en een grote hoeveelheid brandstof en grote bemanningen. Dat kost honderden miljoenen dollar -- per stuk. Ofwel grote boeien die aan de oceaanbodem vastzitten met een 6 km lange kabel die vastligt aan een paar treinwielen. Dat is zowel gevaarlijk om te maken als duur in onderhoud.
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.
'En satellieten dan?' kan je je afvragen. Satellieten zijn fantastisch en ze hebben ons veel geleerd over het geheel in de afgelopen decennia. Het probleem met satellieten is echter dat ze niet meer dan één micrometer diep in de oceaan kunnen kijken. Ze hebben een relatief beperkte resolutie qua ruimte en tijd, en hun signaal moet worden gecorrigeerd voor bewolking, landeffecten en andere factoren.
So what is going on in the oceans? And what are we trying to measure? And how could a robot be of any use?
Wat gebeurt er dus in de oceanen? Wat moeten we proberen te meten? Hoe kan een robot daarbij helpen?
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.
Laten we inzoomen op een klein stukje oceaan. Een van de belangrijkste dingen die we willen begrijpen is het oppervlak, omdat het oppervlak, bij nader inzien, de connectie is van alle lucht-zee-wisselwerking. Het is de interface waar alle energie en gassen doorheen gaan. Onze zon straalt energie uit, die door de oceanen als warmte wordt geabsorbeerd en dan gedeeltelijk wordt afgegeven aan de atmosfeer. Gassen in onze atmosfeer, zoals CO2, lossen op in onze oceanen. In feite wordt wereldwijd ongeveer 30% van alle CO2 geabsorbeerd. Plankton en micro-organismen laten zuurstof vrij in de atmosfeer, zoveel zelfs dat elke tweede teug lucht die je neemt uit de zee komt.
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.
Een deel van die warmte zorgt voor de verdamping, waardoor wolken ontstaan, wat uiteindelijk tot neerslag leidt. Drukverschillen veroorzaken oppervlaktewind die de waterdamp door de atmosfeer jaagt. Een deel van de warmte straalt naar onder, diep de oceaan in, en wordt opgeslagen in verschillende lagen, waarbij de oceaan fungeert als een soort boiler op planetaire schaal om al die energie op te slaan. Die kan later worden vrijgegeven in kort durende gebeurtenissen zoals orkanen of langdurige fenomenen zoals El Niño. Deze lagen kunnen zich mengen door verticaal opwellende stromingen of horizontale stromingen, belangrijk bij warmtetransport van de tropen naar de polen. Natuurlijk is er ook het leven in zee, qua volume het grootste ecosysteem op aarde, van micro-organismen tot vissen en zeezoogdieren, zoals zeehonden, dolfijnen en walvissen.
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.
Dit alles is echter meestal onzichtbaar voor ons. De uitdaging om die oceaanvariabelen op schaal te bestuderen is er een van energie, de energie die nodig is om sensors in te zetten in de wijde oceaan. Natuurlijk is er veel uitgeprobeerd -- van door golven aangedreven apparaten tot drijvende boeien en elektrische aandrijvingen op zonne-energie -- elk met hun eigen compromissen. De doorbraak voor ons team kwam van een onverwachte bron: de jacht naar het snelheidsrecord voor zeilwagens. Het kostte 10 jaar onderzoek en ontwikkeling om met een nieuw soort vleugel te komen. Hij gebruikt maar drie watt voor de besturing en toch kan hij over de hele wereld voortbewegen met schier onbegrensde autonomie. De toepassing van dit vleugelconcept op een zeevoertuig leidde tot een oceaan-drone.
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.
Ze zijn groter dan ze hier lijken. Ze zijn ongeveer 5 meter hoog, bijna 8 meter lang en meer dan 2 meter diep. Zie ze als oppervlakte-satellieten. Ze zitten vol wetenschappelijke sensors die alle belangrijke variabelen meten, zowel oceanografische als atmosferische. Een live satellietverbinding zendt deze gegevens met hoge resolutie in real time door naar de kust. Ons team werkte de afgelopen jaren hard en voerde missies uit in soms wel de zwaarste weersomstandigheden op aarde, van de Noordpool tot de tropische Stille Oceaan. We zeilden tot aan de polaire ijskap. We hebben gevaren in de Atlantische orkanen. We rondden Kaap Hoorn en we slalomden tussen de olieplatforms in de Golf van Mexico. Dit is een kei van een robot.
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.
Ik vertel jullie over recent werk van ons rond de Pribilofeilanden. Dat is een kleine groep eilanden ver in de koude Beringzee, tussen de VS en Rusland. Nu is de Beringzee de thuisbasis van de alaskakoolvis, een koolvis die jullie misschien niet kennen, maar misschien kennen jullie hem in de vorm van vissticks of surimi. Ja, surimi ziet eruit als krabvlees, maar het is eigenlijk koolvis. En de koolvis-visserij is de grootste visserij van het land, zowel qua omzet als qua volume -- we vangen ongeveer 1,4 miljard kilo vis per jaar.
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.
Sinds enkele jaren is een vloot van oceaan-drones hard aan de slag in de Beringzee om de omvang van het koolvisbestand te helpen schatten. Dit helpt om het quotasysteem voor het visserijbeheer te verbeteren en te voorkomen dat het visbestand instort, en ook om dit kwetsbare ecosysteem te beschermen. De drones observeren de visgronden met behulp van geluid, met andere woorden, sonar. Die stuurt een geluidsgolf naar beneden, waarna de reflectie, de echo van de geluidsgolf van de zeebodem of van scholen vis ons een idee geeft van wat er onder de oppervlakte gebeurt. Onze oceaan-drones zijn vrij goed in deze herhalende taak, ze brengen de Beringzee dag in, dag uit in kaart.
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.
Rond de Pribilofeilanden leeft ook een grote kolonie pelsrobben. In de jaren 1950 telde die kolonie ongeveer twee miljoen dieren. Tegenwoordig is de populatie helaas sterk afgenomen. Minder dan 50 procent is er nog over en de populatie gaat snel achteruit. Om te begrijpen waarom heeft onze wetenschapspartner bij het National Marine Mammal Laboratory een gps-tag aan een aantal moeder-zeehonden bevestigd, door hem vast te lijmen op hun pels. Deze tag meet locatie en diepte en heeft ook een heel leuke camera die geactiveerd wordt door een plotselinge versnelling. Hier zie je een film gemaakt door een artistiek begaafde zeehond, die ons nieuw inzicht verschaft in een onderwaterjacht diep in het Noordpoolgebied en een beeld geeft van een koolvisprooi, slechts enkele seconden voordat hij wordt verslonden.
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.
In het noordpoolgebied werken is erg moeilijk, zelfs voor een robot. Ze moesten in augustus een sneeuwstorm overleven en toevallige voorbijgangers verdragen -- die kleine gevlekte zeehond geniet van een ritje.
(Laughter)
(Gelach)
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.
De zeehondentags registreerden meer dan 200.000 duiken tijdens het seizoen, en bij nadere bestudering zien we zelfs de individuele sporen en herhaalde duiken van de zeehonden. We zijn op weg om te ontcijferen wat er werkelijk gebeurt in dat jachtgebied, en het is heel mooi. Als je de door de drones verzamelde akoestische gegevens over elkaar legt, begint er een beeld te ontstaan. Als de zeehonden de eilanden verlaten en van links naar rechts zwemmen, zien we ze duiken tot op een relatief geringe diepte van ongeveer 20 meter, waarvan de drone vaststelt dat hij wordt bevolkt door kleine jonge koolvissen met een laagcalorische waarde. Dan zwemmen de zeehonden veel grotere afstanden en beginnen ze dieper te duiken naar een plaats waar de drone grotere, meer volwassen koolvissen ziet, die voedzamer zijn. Helaas verbruiken de moeder-zeehonden teveel calorieën om deze extra afstand te zwemmen, zodat ze te weinig energie over hebben om hun jongen op het eiland te zogen, wat dan weer leidt tot daling van de populatie. Verder stellen de drones vast dat het water rond het eiland sterk is opgewarmd. Het is misschien een van de krachten die de koolvis naar het noorden drijft, en zich verspreidt op zoek naar koudere streken. De data-analyse is bezig, maar nu al kunnen we zien dat stukjes van de puzzel over het mysterie van de pelsrob op hun plaats beginnen te vallen.
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.
Maar als je het grotere plaatje bekijkt, zijn wij toch ook zoogdieren. De oceanen geven tot 20 kilo vis per mens per jaar. Nu we onze visbestanden uitputten, wat kunnen wij mensen dan leren van het pelsrobverhaal? En behalve de vissen, beïnvloeden de oceanen ons dagelijks allemaal door de wereldwijde weersystemen, die ook van invloed zijn op de mondiale landbouwproductie of kunnen leiden tot verwoestende vernietiging van levens en eigendommen door orkanen, extreme hitte en overstromingen. Onze oceanen zijn vrijwel ononderzocht en onderbemonsterd; we weten meer over andere planeten dan over de onze.
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.
Maar als je deze uitgestrekte oceaan verdeelt in vierkanten van zes op zes graden, elk ongeveer 600 km breed, dan zijn dat er ongeveer 1.000. Stap voor stap gaan we met onze partners een oceaandrone in elk van die vierkanten plaatsen in de hoop dat we door wereldwijde dekking een beter inzicht zullen krijgen in de planetaire systemen die zo’n invloed hebben op de mensheid.
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.
Met robots bestuderen we nu al een tijd verre werelden in ons zonnestelsel. Nu is het tijd om onze eigen planeet te kwantificeren, omdat we niet kunnen repareren wat we niet kunnen meten, en we ons niet kunnen voorbereiden op wat we niet weten.
Thank you.
Dank je.
(Applause)
(Applaus)