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.
Мы знаем о других планетах больше, чем о своей, так что сегодня я хочу показать вам робот нового типа. Он разработан, чтобы помочь нам лучше понять нашу планету. Он относится к категории, которую океанографы называют дистанционно-управляемым надводным судном. Оно не нуждается в топливе. В качестве энергии для движения оно использует ветер. При этом оно может плавать по всему миру месяцами. Я хочу рассказать вам, зачем мы его создали и что это значит лично для вас.
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.
Несколько лет назад я на паруснике пересекал Тихий океан, двигаясь из Сан-Франциско на Гавайи. До этого я 10 лет работал без перерыва, разрабатывал видеоигры для сотен миллионов пользователей, и мне хотелось немного отойти от дел, взглянуть на жизнь в целом, наконец спокойно подумать обо всём. На борту я был штурманом, и однажды вечером, проведя много времени за анализом данных о погоде и прокладыванием курса, я вышел на палубу и увидел закат удивительной красоты. И мне пришёл в голову вопрос: насколько хорошо мы знаем наши океаны? Вокруг, насколько хватало глаз, простирался Тихий океан, волны с силой ударялись о борт как постоянное напоминание о невыразимой силе. Насколько хорошо мы знаем наши океаны? Я решил выяснить это.
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.
И быстро понял, что знаем мы не так уж и много. Причиной тому огромные территории, на которых раскинулись океаны, покрывающие 70 процентов планеты, и всё же мы знаем: они приводят в действие сложные системы на планете, такие как погода, которая влияет на нашу повседневную жизнь, иногда очень сильно. И всё же все эти события остаются почти невидимыми для нас.
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.
Данные об океане скудны, как ни посмотри. Работая на суше, я привык, что у меня есть доступ к множеству датчиков, точнее, к миллиардам датчиков. Но в море наблюдения дóроги и дают мало данных. Почему? Потому что эти данные собираются немногочисленными кораблями и буями. Меня поразило, насколько они немногочисленны на самом деле. Национальное управление океанических и атмосферных исследований, известное как NOAA, располагает лишь 16 кораблями, и по всему миру в открытом море установлено менее 200 буёв. Причины этого легко понять: океаны суровы, для сбора данных наблюдений нужен большой корабль, способный хранить большое количество топлива и разместить большую команду, что стоит сотни миллионов долларов за каждый из них. Или большие буи — их надо прикреплять ко дну кабелем в шесть километров длиной, а в качестве якоря прикреплять несколько вагонных колёс, что и опасно в применении, и дорого в обслуживании.
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.
Как насчёт спутников, спросите вы? Ну да, спутники восхитительны, они позволили нам многое узнать о картине в целом за последние десятилетия. И всё же проблема спутников в том, что они могут видеть только на один микрон под поверхностью океана. У них относительно низкая пространственно- временная разрешающая способность, и в их сигналах надо делать поправку на облака, береговую рефракцию и другие факторы.
So what is going on in the oceans? And what are we trying to measure? And how could a robot be of any use?
Так что же происходит в океанах? И что мы пытаемся измерить? И чем тут может помочь робот?
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.
Давайте рассмотрим небольшой кубический участок океана. Больше всего мы хотим понять, что происходит на поверхности, ведь, если подумать, на поверхности проходит взаимодействие воздуха и моря. Именно через поверхность проходит энергия и газы. Солнце испускает энергию, которую океаны поглощают в виде тепла, а затем оно частично выпускается в атмосферу. Газы из атмосферы, например CO2, растворяются в океанах. Вообще-то около 30 процентов мирового CO2 поглощается океаном. Планктон и микроорганизмы выделяют в атмосферу кислород в таком количестве, что половину всех своих вдохов вы делаете благодаря океану.
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.
Часть тепла способствует испарению, формируя таким образом облака, что впоследствии вызывает осадки. Градиент давления вызывает поверхностный ветер, благодаря чему влага распространяется в атмосфере. Часть тепла проникает в глубины океана и сохраняется в разных его слоях, так что океан работает своего рода планетарным нагревателем, сохраняя всю эту энергию, которая затем может высвобождаться в ходе коротких явлений, например, ураганов, или долгосрочных, например, Эль-Ниньо. Эти слои могут смешиваться в процессе апвеллинга, или из-за горизонтальных течений, которые очень важны в распределении тепла от тропиков к полюсам. И, разумеется, есть же ещё морская флора и фауна. По объёму это самая большая экосистема планеты: микроорганизмы, рыба, морские млекопитающие, такие как морские котики, дельфины и киты.
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.
Но всё это почти полностью ускользает от нашего взгляда. Самое сложное в масштабном изучении переменных океана — необходима энергия, энергия, которую используют глубоководные датчики. И, конечно, учёные перепробовали много вариантов: устройства, активируемые волнами, поверхностные дрейфующие приборы, аппараты с питанием от солнечной батареи — и у всех были свои минусы. Для нашей команды озарение пришло необычным путём — установление мирового рекорда скорости на парусном сухопутном буере. Понадобилось 10 лет исследований и разработок, чтобы создать инновационный дизайн крыла, для управления которым требуется всего три ватта энергии, но который при этом способен двигать буер по всему земному шару практически автономно. Адаптировав дизайн крыла для морского судна, мы создали океанский дрон.
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.
Вообще-то они больше, чем кажутся. Высотой около четырёх метров, семь метров в длину и два — в ширину. Считайте, что это наземные спутники. Каждый снаряжён огромным количеством датчиков и сенсоров, которые измеряют ключевые параметры, как океанографические, так и атмосферные, и по связи со спутником он передаёт эти высокоточные данные на сушу в режиме реального времени. Наша команда последние несколько лет полностью посвятила себя работе, мы проводили исследования на самых сложных участках океана в мире — от Арктики до тропических широт в Тихом океане. Мы достигали полярных шельфовых ледников. Нас настигали ураганы в Атлантическом океане. Мы огибали мыс Горн и лавировали между буровыми вышками в Мексиканском заливе. Это очень прочный робот.
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.
Давайте я расскажу о нашей недавней работе в районе островов Прибылова. Это небольшое скопление островов в холодном Беринговом море, между Россией и США. Так вот, Берингово море служит домом минтаю. Возможно, вы даже не знаете об этой белой рыбе, но вы наверняка пробовали рыбные палочки или сурими. Да, сурими похоже на мясо краба, но вообще-то это минтай. Промысел минтая — один из самых крупных рыбных промыслов в стране, как по цене, так и по объёму, — более 1,4 миллиона тонн рыбы вылавливают каждый год.
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.
И в течение нескольких последних лет флот океанских дронов патрулирует Берингово море с целью помочь оценить размеры популяций минтая. Это помогает улучшить систему квот, которую применяют к рыбному промыслу, чтобы не допустить полного истребления и защитить хрупкую экосистему. Так вот, дроны исследуют район промысла с помощью акустики, то есть эхолокатором. Он посылает вниз звуковую волну, и то, как звук отражается, эхо от звуковой волны, отражающееся ото дна или косяка рыбы, помогает нам понять, что происходит под водой. Наши дроны хорошо справляются с такими рутинными задачами, и вот они день за днём прочёсывают Берингово море.
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.
А на островах Прибылова живёт большая популяция морских котиков. В 1950-х годах в ней было около двух миллионов морских котиков. К сожалению, в наши дни их количество резко сократилось. Сейчас там меньше половины от этой цифры, и популяция продолжает сильно сокращаться. Чтобы понять причины этого, наш научный партнёр, Национальная лаборатория морских млекопитающих, установила GPS-передатчики на нескольких самок морских котиков, их приклеили к меху. Эти передатчики фиксируют местонахождение и глубину, а ещё на нём классная крохотная камера, которая включается при резком увеличении скорости. Вот фильм, снятый одним художественно одарённым морским котиком, в котором мы видим, как проходит подводная охота глубоко в водах Арктики, и их добычу — минтай — за секунды до того, как он будет съеден.
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.
Работа в Арктике — дело тяжёлое, даже для роботов. Им пришлось пережить снежную бурю в августе и контакт с местными жителями — вот, например, пёстрая нерпа решила покататься.
(Laughter)
(Смех)
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.
Датчики на морских котиках записали более 200 000 ныряний за сезон, и при более подробном анализе мы видим след каждого морского котика и повторные ныряния. Мы скоро полностью разберёмся, что происходит на самом деле в этом районе кормодобычи, и это просто прекрасно. Когда мы добавляем к этому акустические данные, собранные дронами, начинает прорисовываться более полная картина. Как только котики покидают острова и плывут слева направо, они ныряют на относительно малую глубину, около 20 метров, где, как обнаружил дрон, сконцентрирован мелкий молодой минтай с низким количеством калорий. Затем котики плывут дальше и ныряют глубже, туда, где, по показаниям дрона, обитает более взрослая рыба, которая даёт больше калорий. К сожалению, самки морских котиков тратят столько энергии, чтобы проплыть большее расстояние, что им не хватает питательных веществ, чтобы вскармливать малышей на острове, от чего и уменьшается популяция. Также дроны отмечают, что температура воды вокруг острова значительно повысилась. Это может быть одним из факторов миграции минтая на север в поиске более холодных регионов. Данные анализируются непрерывно, но мы уже замечаем, что некоторые детали пазла загадки морских котиков, становятся более объяснимыми.
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.
Но если смотреть на картину в целом, мы ведь тоже млекопитающие. И в океане ежегодно вылавливается более 20 килограммов рыбы на человека. И пока мы так истощаем запасы рыбы, какой урок мы можем извлечь из этой истории морских котиков? И речь не только о рыбе. Океаны влияют на нашу повседневную жизнь, создавая метеорологические условия, которые сказываются на урожаях по всему миру. Они также могут стать причиной гибели людей и ужасающих разрушений из-за ураганов, аномальной жары и наводнений. Наши океаны недостаточно изучены, у нас мало материалов, и мы всё ещё знаем больше о других планетах, чем о своей.
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.
Но если разбить всю поверхность океанов на квадраты со стороной в шесть градусов, то есть около 640 километров, получится около 1 000 таких квадратов. И вот постепенно, работая со своими партнёрами, мы используем один океанский дрон на каждом из этих квадратов, в надежде на то, что, охватив всю планету, мы сможем лучше понять глобальные системы, влияющие на человечество.
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.
Мы используем роботов, чтобы изучать далекие миры в нашей Солнечной системе, причём довольно давно. Теперь настало время изучить нашу собственную планету, ведь мы не можем исправить то, что не можем измерить и понять; мы не можем подготовиться к тому, чего практически не знаем.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)