군용 소나는 일부 해양 동물에게 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 자연 소음이 해저 위협을 찾는 데 사용될 수 있습니까? 고래 뼈대가 카나리아 제도의 푸에르테벤투라 해안선 주변을 지키고 있는데, 이는 군용 소나의 피해를 극명하게 상기시킵니다. 선박과 잠수함의 소나는 고래 좌초에 기여하는 요인 중 하나로 생각되어 고래 자신의 소나를 혼동하고 해안에 스스로 해변을 가도록 합니다.
그러나 이 고래에게 비우호적인 기술은 곧 라이벌이 될 수 있습니다. 미군 연구 기관 Darpa 의 프로젝트 매니저인 Lori Adornato 는 소나 펄스를 발파하는 것보다 자연음에 더 주의를 기울임으로써 잠수함을 탐지할 수 있다고 믿습니다.
"현재 우리는 이 모든 자연스러운 소리를 배경 소음 또는 간섭으로 간주하여 제거하려고 합니다."라고 Adornato는 말합니다. "이 소리를 이용해서 신호를 찾을 수 있는지 볼까요?"
그녀의 프로젝트인 Persistent Aquatic Living Sensors(Pals)는 수중 위협을 감지하는 방법으로 해양 동물을 도청합니다. 적의 수중 활동을 탐지하기 위해 군대에서 배치한 현재의 공수 소나 부표는 제한된 배터리 수명으로 인해 좁은 지역에서 몇 시간 동안만 작동합니다. Pals 시스템은 대신 몇 달 동안 넓은 지역을 커버할 수 있습니다. 해안선과 수로를 모니터링하는 거의 일정한 방법을 제공할 수 있습니다. Adornato는 한 장소에 머물기 위해 의지할 수 있는 산호초에 서식하는 종이 최고의 파수꾼이 될 가능성이 있다고 말합니다.
"당신은 당신의 유기체가 항상 거기에 있는지 확인하기를 원합니다"라고 Adornato는 말합니다.
Pals는 매우 다양한 암초 종을 사용하여 다양한 접근 방식을 모색하는 여러 팀을 후원하고 있습니다. Laurent Cherubin은 플로리다 애틀랜틱 대학 의 Grouper Guard 팀 의 수석 연구원으로 골리앗 그루퍼 와 협력하고 있습니다. 무게가 최대 300kg(660lb)인 이 물고기는 미국 해역에서 흔히 볼 수 있으며 침입자를 막으라는 큰 소리를 냅니다.
"시끄러운 저주파 붐입니다."라고 Cherubin은 말합니다. "그들은 영토적이며 그들의 영토에 있는 어떤 침입자라도 공격할 것입니다."
붐이 부는 그루퍼는 800m(2,640피트) 떨어진 곳에서 감지할 수 있지만 모든 붐이 접촉을 의미하는 것은 아닙니다. 침입자 및 포식자에 대한 특정 경고 외침 외에도 그루퍼 레퍼토리에는 영역을 점거할 때 동료를 유인하는 구애 소리와 목적이 미스터리로 남아 있는 기타 소리가 포함됩니다.
팀은 침입자에게 짖는 경비견에 귀를 기울이는 것과 같이 경보 호출에 집중하고 있다고 Cherubin은 말합니다. 이러한 호출을 다른 호출과 구별하는 것은 쉽지 않으므로 팀은 작업에 기계 학습 알고리즘을 설정했습니다. 이들은 서로 다른 그루퍼 호출을 구별하고 분류할 수 있을 때까지 수천 개의 녹음 카탈로그를 듣고 훈련되었습니다.
알고리즘은 수중 마이크나 수중 청음기에 내장된 작지만 강력한 프로세서에서 실행되는 소프트웨어로 전환될 수 있습니다. 이 수중 청음기 배열은 암초를 덮고 그루퍼 호출을 듣고 원인이 한 그루퍼 영역에서 다른 영역으로 이동할 때 따라갈 수 있습니다.
물고기 대화를 두드리는 것은 이상하게 보일 수 있습니다. 대조적으로 방위 계약자 Raytheon의 Pals 팀의 작업은 전통적인 대잠수함 소나와 훨씬 비슷해 보입니다. 그러나 반전이 있습니다.
Raytheon의 과학자 Alison Laferriere는 "새우 찰칵 소리가 차량에서 반사될 때 생성되는 메아리를 감지하려고 노력하고 있습니다."라고 말했습니다. "기존의 수중 음파 탐지기 시스템이 소스가 생성하는 소리에서 반향을 감지하는 것과 거의 같은 방식입니다."
Laferriere가 베이컨 튀김에 비유하는 똑딱이 새우 침대가 꾸준히 포효합니다.
즉, 다른 일반 소나처럼 작동하지만 인공 핑이 아닌 새우에서 발생하는 소음을 사용합니다. 피스톨 쉬림프라고도 알려진 스냅 쉬림프는 지구상에서 가장 시끄러운 생물로 불립니다. 그들은 집게발을 너무 빨리 닫아 독특한 스냅을 만들어 수천 도를 측정하는 플라즈마 폭발로 붕괴되는 진공 기포를 만듭니다 . 이것은 빛의 섬광과 먹이를 기절시킬 만큼 강력한 충격파를 생성합니다.
새우는 또한 서로 의사 소통하기 위해 스냅합니다. Laferriere가 베이컨 튀김에 비유하는 찰싹찰싹 새우 한 마리가 꾸준하게 포효합니다.
Laferriere는 "피스톨 새우가 생성하는 신호는 지속 시간이 매우 짧고 광대역입니다. "하나의 새우 스냅은 전통적인 소나 소스보다 훨씬 조용하지만 분당 수천 개의 스냅이 발생할 수 있습니다."
Laferriere는 소리가 하루 중 시간과 수온에 따라 다르지만 새우 군락은 결코 조용하지 않다고 말합니다.
Laferriere는 "우리가 직면한 가장 큰 문제 중 하나는 새우 자체에서 발생하는 엄청난 양의 소음과 이러한 모든 소리가 주변 지역에서 반사되는 것을 처리하는 것입니다."라고 말합니다.
이러한 반사를 해석하는 것은 전통적인 소나와 달리 음원의 위치를 알 수 없기 때문에 특히 어렵습니다. 다시 말하지만, 솔루션은 최신 소프트웨어와 함께 제공됩니다. Laferriere의 팀은 소리를 분석하고 단일 스냅을 선택하는 스마트 알고리즘을 개발했습니다. 먼저 새우의 위치를 계산한 다음 반사된 소리가 이동하는 경로를 계산하고 마지막으로 반사된 위치를 추론합니다.
되돌아오는 소리를 이해하기 위해 Laferriere의 팀은 정지된 배경 물체에서 어떤 에코가 발생하고 무시할 수 있는지 결정하기 위해 컴퓨터 모델을 만들어야 했습니다. 이러한 하이라이트를 빼면 환경을 통과하는 물체가 이동합니다. 이러한 물체는 물고기, 잠수함 또는 무인 수중 차량일 수 있습니다.
영구적으로 떠다니는 분산된 생활 센서의 생태계는 원칙적으로 매력적입니다 – Sidharth Kaushal
다시 말하지만, 완성된 솔루션은 새우 소리를 처리하고 해당 지역의 관심 대상 위치를 결정할 수 있는 온보드 컴퓨팅 기능이 있는 스마트 수중청음기 어레이가 될 것입니다.
다른 Pals 팀도 비슷한 접근 방식을 취했습니다. Northrop Grumman의 연구원들은 또 다른 새우 기반 소나 시스템을 연구하고 있으며 해군 팀은 일반적인 암초 소리와 침입자가 이를 방해하는 방법을 조사하고 있습니다. 대부분의 하드웨어는 자연이 편리하게 제공하므로 모두 장기간 넓은 영역을 포괄하는 사이보그 센서망을 약속합니다. 수중 청음기만 교체하거나 수리해야 합니다.
영국 국방 싱크탱크 RUSI의 해상전 전문가인 Sidharth Kaushal은 "Darpa의 접근 방식이 달성된다면 진정으로 중요한 돌파구가 될 것"이라고 말했습니다. "원칙적으로 영구적으로 떠다니는 분산된 생활 센서의 생태계가 매력적입니다."
원칙적으로는 반드시 그렇지는 않습니다. Kaushal은 잠수함을 탐지하기 위해 해양 생물을 사용한 이전 프로젝트가 성공적이지 않았기 때문에 의심스럽습니다. 독일 U-보트는 방해를 받으면 밝은 빛을 내는 생물발광 플랑크톤에 대한 영향으로 때때로 발견되었습니다. 1차 세계대전의 한 척은 그 효과 덕분에 가라앉았다고 합니다. 그러나 나중에 넓은 영역에 걸쳐 광원을 찾는 특수 센서와 함께 효과를 더 광범위하게 사용하려는 시도는 거의 진전이 없었습니다.
Kaushal은 "냉전을 체계적으로 활용하려는 소련과 미국의 노력은 무산되었습니다."라고 말합니다. "그들은 지나가는 고래의 반응과 같은 가양성을 실제와 구별할 방법이 없었기 때문입니다."
Pals가 잠수함과 상어를 얼마나 잘 구별할 수 있는지는 두고 볼 일입니다. Adornato는 해양 생물과 현대적인 스마트 알고리즘의 조합이 보다 전통적인 잠수함 사냥꾼이 침입 가능성을 확인하도록 안내하는 신뢰할 수 있는 "트립와이어 경고"를 제공할 것이라고 믿습니다.
Pals는 이미 초기 타당성 단계를 완료했으며 개발자는 이제 올 여름 통제된 테스트에서 솔루션이 얼마나 잘 작동하는지 보여주기 위해 두 번째 단계에서 작업하고 있습니다. Adornato는 Pals를 위해 개발된 기술이 소수의 센서로 산호초 및 기타 수중 환경을 모니터링함으로써 과학 연구에도 사용될 수 있다고 말합니다.
정상적인 해양 생물이 내는 소리에 귀를 기울이면 연구자들은 수중에서 인간 활동의 영향을 추적할 수 있는 저렴하고 환경 친화적인 방법을 얻을 수 있습니다.
Adornato는 "이러한 영향이 적은 관측 시스템은 생태계의 자연을 방해하지 않고 다양한 환경에 배포할 수 있습니다."라고 말합니다.
정상적인 해양 생물이 내는 소리에 귀를 기울이고 소리가 어떻게 변하는지 학습하면 연구자들은 수중에서 인간 활동의 영향을 추적하는 저비용의 환경 친화적인 방법을 제공할 것입니다. 이것은 연안 풍력 발전소, 석유 시추 및 해저 채광과 같은 프로젝트에 유용할 것입니다. 우리가 해야 할 일은 자연에 귀를 기울이는 것뿐입니다.
이 프로젝트는 미국 영해에서 흔히 볼 수 있는 종에 초점을 맞추고 있으므로 다른 지역으로 옮기는 것이 반드시 쉽지는 않을 것입니다. 그러나 일반적으로 기술이 더 광범위하게 적용될 수 있습니다.
Pals는 암초 종들이 침입자에게 어떻게 반응하는지 귀 기울이는 두 가지 접근 방식과 새우 수중 음파 탐지기에 대한 타당성 연구인 첫 번째 단계를 완료했습니다. Adornato는 2023년에 현장 테스트를 수행하기를 희망합니다. 그 후 성공하면 기술이 사용자(초기 미 해군)에게 이전되어 생산 시스템으로 개발될 것입니다.
그 후 우리는 수중 음파 탐지기로 인한 고래 사상자가 더 이상 없이 잠수함 탐지에 큰 변화를 일으킬 수 있습니다. 잠수함 사냥꾼은 야생 동물에 대한 위협이 되기보다는 자연 세계와 협력하여 둘 다의 이익을 위해 일할 수 있습니다.
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