企鹅迁徙迎来新星：自主机器人

在南极洲的阿特卡湾，数百只帝企鹅挤在冰封的广阔闪闪发光的海洋上。当它们在寒冷的冰原中取暖时，一辆黄色的推车式机器人缓慢而安静地靠近帝企鹅群。在荒芜的环境中，企鹅通常不会遇到四轮机器人。但这辆机器人车只有 3 英尺长，与成年企鹅的视线齐平，似乎并没有吓到它们——即使它只开了几英尺远。

这款适合企鹅的机器人名为 ECHO，是马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所海洋动物遥感实验室研制的一款自主遥控地面机器人。ECHO 是大型国际多学科研究项目 MARE 的一部分，该项目旨在监测人类引起的变化对南大洋的影响。

“我们都知道世界正在发生变化，这种变化将对生物多样性和生态系统产生巨大影响，尤其是在南极洲等非常偏远的地区，”海洋动物遥感实验室首席研究员 Daniel P. Zitterbart 说。他说，一些专家预测帝王企鹅可能在 100 年内濒临灭绝。“要了解这是否属实，我们现在需要开始密切监测这些系统。”

30 年来，MARE 将通过跟踪帝王企鹅的种群动态来评估南极生态系统的脆弱性。这些鸟类是南极洲的标志性动物，但“与人们的想法相反，帝王企鹅是一种研究很少的物种，”MARE 的研究伙伴兼生态学家、多学科研究所 Hubert Curien 和摩纳哥科学中心的研究员 Céline Le Bohec 说。“因此，任何数据，尤其是来自海洋的数据，都是令人兴奋和珍贵的。”

该团队将帝王企鹅作为南大洋的哨兵物种，因为它是食物链中重要的顶级捕食者。在南大洋，食物网的层数或营养级比世界其他地区要少——因此，食物链底层物种的任何变化都会对食物链顶端的物种产生重大影响。Le Bohec 解释说，研究帝王企鹅等上层捕食者如何应对气候变化可以让科学家了解整个南大洋生态系统的健康状况。

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“帝王企鹅等顶级捕食者的另一个优势是，它们分布范围很广，这意味着保护它们广阔的栖息地将使许多生态结构和物种受益，”她说。“这些伞护物种也是保护管理政策的宝贵工具。”

MARE 团队正试图以对鸟类和群体干扰最小的方式收集信息。但目前，研究人员必须亲自捕获鸟类并在其背上贴上标签。标签是一种无源集成应答器 (PIT) 和射频识别 (RFID) 系统，其工作原理与宠物狗的微型 ID 芯片相同。Zitterbart 说，从这些标签中检索数据的唯一方法是靠近鸟类重新扫描设备。

他说，尽管阿特卡湾的企鹅群距离德国南极站约五英里，但还是很容易错过野外的企鹅。即使研究人员知道企鹅在阿特卡湾的大致时间，它们也可能会在海上觅食几天或几周。此外，广阔的海域和恶劣、不可预测的天气条件使南大洋成为人类探索和研究的具有挑战性的环境。

这就是为什么 Zitterbart 的团队依赖不需要研究人员亲自到现场的遥感技术。虽然卫星可以测量海面温度、风、冰盖和其他物理参数，但它们在监测生态系统中的食物链和物种动态方面并不那么好。相反，MARE 研究人员使用摄像系统、陆地天线和自动驾驶汽车，如 ECHO。

研究人员可以很容易地让 ECHO 机器人在企鹅群周围以特定的路径行驶，ECHO 机器人既可以遥控，又可以自动驾驶。该机器人配备了多种工具，包括激光雷达和 360 度摄像头，可以在广阔的白色地形中探测企鹅。该机器人还有一个天线——一个矩形面板，位置像推土机的前铲。天线发出脉冲，激活附在企鹅标签上的另一个天线，从而识别企鹅。

“作为人类，你不可能四处走动并尝试每年扫描 15,000 或 24,000 只企鹅，这是不可能的，”Zitterbart 说。“我们通过 ECHO 收集的数据量是我们在这里使用任何其他方法都无法达到的。”

虽然 ECHO 只在这片土地上行走了一年，但到目前为止，企鹅似乎并不害怕它悄悄靠近企鹅群。事实上，过去的研究也表明，有些动物对机器人的反应可能比对人类的反应要小，Zitterbart 说。

“真正酷的是，如果我作为人类试图靠近 ECHO，它们会逃跑，”Zitterbart 说。“我们不想吓到动物。我们的总体目标是以更少的影响做更多的科学研究。而人类对动物的影响实际上比机器人大得多。”

Zitterbart 表示，该项目仍处于早期测试阶段，团队正在努力改进。例如，ECHO 的电池只能持续一天左右。也没有很好的装置来保护 ECHO 免受突如其来的暴风雪袭击。最终，MARE 团队希望 ECHO 停在单企鹅观察和跟踪站（SPOT）内，这是一个配备摄像头和监视器的小型前哨站，大约 10 年来一直俯瞰着阿特卡湾殖民地。Zitterbart 表示，SPOT 可以作为 ECHO 避难和充电的车库。

Le Bohec 表示，在下一阶段，巡检机器人将提供有关帝王企鹅的行为和生物学信息，而这些信息是科学家们以前无法收集到的。它为了解帝王企鹅的存活率和繁殖率、集体活动（如挤在一起取暖）、叫声和交流以及海上狩猎策略打开了大门。ECHO 还将下载帝王企鹅在海上的重要 GPS 数据，这些数据可以揭示栖息地热点。

负责保护问题的管理机构可以向帝王企鹅学习，帝王企鹅的行为有助于“确定和绘制海洋生物‘热点’和海洋保护区”，Le Bohec 说道。她补充说，ECHO 的所有数据将“使我们能够评估该物种的总体趋势和灭绝风险，并根据未来几十年和世纪的变暖预测情景模拟未来的种群轨迹。”