Pour déterminer comment la fonte des icebergs pourrait affecter l'océan, un robot de la taille d'un kayak a arrêté à lui seul les énormes morceaux de glace qui dérivent et tournent dans les eaux de l'Atlantique Nord.

Ou du moins c'est ce que Hanumant Singh a pris en compte dans les algorithmes du robot afin de restituer des cartes 3D nettes des icebergs dans le fjord Sermilik, une entrée de 50 milles dans le littoral de l'est du Groenland.

Les scientifiques savent que les icebergs qui se détachent de la calotte glaciaire du Groenland fondent rapidement en réponse au changement climatique, mais les détails de la rapidité avec laquelle ils fondent ne sont toujours pas clairs. Singh, professeur de génie électrique et informatique à Northeastern, dit que le problème est de trouver comment mesurer de gros morceaux de glace qui sont en mouvement constant.

"C'est très mal compris, " dit-il. " Les icebergs bougent, et ils avancent vite, une dizaine de kilomètres par jour."

Pour avoir une idée concrète de la vitesse de fusion, des mesures précises de la forme et de la surface d'un iceberg doivent être comparées dans le temps. Mais cartographier un objet en mouvement constant est le talon d'Achille d'un robot.

Les ingénieurs qui travaillent sur des drones autonomes se heurtent souvent à ce défi, puisque les robots doivent scanner et cartographier leurs environnements pour se déplacer de manière efficace et autonome. Tout cela est généralement calculé avec l'hypothèse que les choses ne bougeront pas, dit Singh.

"Souvent, ce qui se passera, c'est que vous pouvez avoir un robot, et il cartographiera magnifiquement un bâtiment, " dit-il. " Mais alors vous avez des gens qui bougent, et le robot se perd complètement car il utilise des fonctionnalités statiques dans l'environnement."

Ce n'est pas différent dans l'eau. Les mesures d'un robot d'une cible en mouvement peuvent être facilement déformées et difficiles à corriger.

Singh, qui conçoit des systèmes de drones pour des environnements éloignés et sous-marins, s'est fixé pour objectif de surmonter ce défi avec des calculs qui tiennent compte du mouvement d'un iceberg simultanément pendant que le robot le contourne et le cartographie. En d'autres termes, il fige le mouvement - avec un tas de maths, vraiment.

Dans un article récent, Singh et une équipe de chercheurs décrivent la technologie et les algorithmes qu'ils ont utilisés pour corriger le mouvement d'une douzaine d'icebergs flottant dans le fjord Sermilik.

Les reconstructions 3D des icebergs de l'algorithme montrent des détails haute résolution de la géométrie et du relief de la glace, ce qui est parfois impossible à capturer même avec des images brutes capturées par un drone océanique. Par rapport à la vraie glace, la précision de ces modèles est remarquablement proche, dit Singh.

"A quelques centimètres, peut-être 10, " il dit.

C'est un niveau de détail attendu depuis longtemps pour les scientifiques essayant de déterminer à quelle vitesse la glace de la Terre disparaît, et comment ce changement influencera le reste de la planète.

Alors que les icebergs fondent, des tonnes d'eau douce sont déversées dans la mer. À long terme, une telle dynamique océanique changeante peut perturber la façon dont l'eau s'écoule et circule dans le monde entier, transportant la chaleur et les nutriments essentiels aux écosystèmes froids et tempérés.

"Notre rôle était la cartographie, mais d'autres co-auteurs sont intéressés par les données, " dit Singh. " Ce sont tous des océanographes physiques, et l'utilisera pour faire des modèles de ce qui arrive à l'eau douce, comment ces icebergs fondent, et comment cela est affecté par le changement climatique."

Mettre tout simplement, Le système robotique de Singh n'est qu'une caméra et un capteur sonar montés sur un support disponible dans le commerce, kayak à essence. C'est une rupture avec la tradition, Singh dit, puisque les robots océaniques ont tendance à être chers.

Avec son appareil photo, le robot prend des images brutes de la partie des icebergs exposée au-dessus de l'eau. Le robot utilise ensuite ces images pour naviguer stratégiquement autour de l'iceberg et aider le capteur sonar à prendre des mesures de haute qualité de la glace submergée, qui représente plus de 90 pour cent de la structure de la glace.

"Nous obtenons une forme tridimensionnelle de l'ensemble de l'iceberg sur le dessus, et ensuite nous pouvons l'utiliser comme navigation pour corriger les choses en bas, ", dit Singh. "Ces données se chevauchent largement, et cela nous donne aussi la navigation, ce qui nous permet de corriger l'autre capteur."

Dans des endroits comme le Groenland, l'éclairage rend difficile la capture d'images de grande taille, brillant, et surtout de la glace blanche sur fond lumineux. C'est aussi un environnement difficile à capturer quand il fait nuageux et sombre :les caméras ont du mal à distinguer les couleurs d'un iceberg et les mélanges de gris du ciel. Et puis il y a tout le reste dans le champ de vision.

"Tu es dans un fjord, donc tu as tous ces sites et ces morceaux dans l'eau que l'on veut complètement ignorer, " dit Singh.

Sans compter à quel point il est dangereux d'être près d'un iceberg.

Depuis des décennies, les chercheurs ont eu du mal à se rapprocher des icebergs. Ces formations de glace peuvent être plusieurs fois plus grosses qu'un grand parking, et avoir de la glace saillante au-dessus et sous l'eau qui peut être dangereuse si l'iceberg chavire ou se brise.

That's the whole point of using clever, but relatively cheap drones, Singh says. Robots are expendable, and they can sometimes take risks that people can't.

"You don't want a human being standing right next to this thing on a small boat, taking measurements, " he says. "If you're anywhere near there, and this thing overturns, it's going to take you with it."

Singh says that understanding climate change is one the best things his robots can do. That includes a list of campaigns that have studied environments such as coral reefs and archaeological sites underwater. Prochain, it could be comets and asteroids moving in the expanse of outer space.

"We're not engineers for just engineering's sake, " Singh says. "We also really care about bigger-picture issues, how all that works, and telling those stories to the general public. That's what we're about."