به چه دلیل ارتش آمریکا به صدای میگوها گوش می‌دهد؟

بی بی سی: ردیاب‌های صوتی نظامی می‌توانند تأثیر جدی‌ بر بعضی از حیوانات اقیانوس داشته باشند. آیا صداهایی که موجودات دریایی تولید می‌کنند می‌توانند در تشخیص تهدیدهای آبی به کار بیایند؟

اسکلت نهنگ‌های به گل نشسته‌ای که در ساحل فوئرته ونتورا در جزایر قناری به‌جامانده‌اند یادآور تأثیر مرگباری است که ردیاب‌های صوتی نظامی بر حیات طبیعی داشته‌اند. فرکانس‌های صوتی که ردیاب‌های نصب‌شده در کشتی و زیردریایی‌ها می‌فرستند یکی از دلایل به گل نشستن نهنگ‌ها شناخته‌شده‌اند. نهنگ‌ها این امواج را با امواجی که هم نوعانشان می‌فرستند اشتباه می‌گیرند و همین آن‌ها را به سمت ساحل می‌کشاند.

این تکنولوژی قدیمی و مضر برای نهنگ‌ها باید به‌زودی باید تکنولوژی جدیدی رقابت کند.

لوری آدورناتو، مدیر پروژه شرکت دارپا که پروژه‌های تحقیقاتی برای فن‌آوری‌های نظامی ارتش ایالات‌متحده انجام می‌دهد، معتقد است می‌توان عبور زیردریایی‌ها را دقت بیشتر به تغییراتی که در اصوات طبیعی زیردریا اتفاق می‌افتد ردیابی کرد و نیازی به فرستادن فرکانس‌های مصنوعی قوی در زیر دریا نیست.

او می‌گوید: «در حال حاضر ما با تمام صداهای طبیعی دریا مانند صداهای بی‌اهمیت پس‌زمینه برخورد می‌کنیم یا آن‌ها را مزاحم فرض می‌کنیم و سعی می‌کنیم حذفشان کنیم. اما چرا به‌جای این کار، سعی نکنیم از صداهای طبیعی زیردریا استفاده کنیم و ببینیم آیا میتوان برای کاری که می‌خواهیم انجام دهیم از این صداها استفاده کنیم یا نه؟»

در پروژه جدید او که سنسورهای تداومی حیات آبی (پلز) نام دارد تلاش می‌شود با گوش دادن و رصد صداهای موجودات و حیوانات آبزی، تهدیدهای نظامی دریایی را تشخیص داد. ردیاب‌های صوتی نظامی که امروزه استفاده می‌شوند، به‌صورت شناورهایی از بالا روی سطح آب انداخته می‌شوند تا با کمک آن‌ها بتوان فعالیت‌های دریایی دشمن در زیر آب را زیر نظر گرفت. این ردیاب‌های صوتی شناور فقط برای چند ساعت و در محدوده کمی می‌توانند کار کنند چون عمر باتری آن‌ها محدود است. سیستم پلز در صورت موفقیت می‌تواند محدوده وسیع‌تری را برای ماه‌ها پوشش بدهد. این تکنولوژی می‌تواند کمک کند به شکل مداوم صداهای نوار ساحلی و کانال‌های زیردریا را رصد کرد. خانم آدورناتو می‌گوید موجوداتی که در میان تپه‌های شنی یا مرجانی دریایی زندگی می‌کنند و معمولاً در یکجا ثابت هستند می‌توانند بهترین نگهبان‌های زیردریا باشند.

خانم آدورناتو می‌گوید: «می‌خواهیم مطمئن باشیم که ارگانیزم‌ها همیشه آنجا باقی می‌مانند.»

پروژه پلز گروه‌های تحقیقاتی مختلفی را برای بررسی و پیدا کردن شیوه‌های مختلف استفاده از انواع تپه‌های دریایی به خدمت گرفته است.

لورن چروبین رئیس گروه تحقیقی در دانشگاه آتلانتیک فلوریدا است که درباره ماهی‌های هامور (گروپرها) مطالعه می‌کنند. این ماهی‌های بزرگ که وزنشان به ۳۰۰ کیلوگرم می‌رسد در آب‌های ایالات‌متحده فراوان‌اند. آن‌ها برای دور کردن مهاجمان صدای بسیار بلندی ایجاد می‌کنند.

آقای چروبین می‌گوید: «آن‌ها صدای بوم شدیدی با فرکانس پایین ایجاد می‌کنند. این ماهی‌ها خیلی به قلمرو گروهشان حساس‌اند و اگر هر موجودی بخواهد به محدوده‌شان نزدیک شود این صدای بوم را برای ترساندن و دور کردن مهاجم تولید می‌کنند.»

صدای بوم ماهی‌ها هامور از ۸۰۰ متری قابل‌تشخیص است. هرچند هر صدای بومی به معنی برخورد نیست. هامورها علاوه بر صداهایی که برای دور راندن متجاوزان تولید می‌کنند، صداهایی برای جفت پیدا کردن، صداهایی برای تعیین قلمرو و صداهای بسیاری که دلیل آن‌ها برای ما نامشخص است تولید می‌کنند.
ردیاب‌های صوتی نظامی یکی از عواملی هستند که باعث می‌شوند گونه‌ای از نهنگ‌ها به گل بنشینند و جان خود را از دست بدهنداین گروه تحقیقی روی صداهای هشداردهنده این ماهی‌های متمرکزشده‌اند. صداهایی که شبیه صدای پارس کردن سگ‌های نگهبان، ورود یک مهاجم را اعلام می‌کنند. تشخیص تفاوت صداهای هشداردهنده ماهی با صداهای دیگری که تولید می‌کنند کار ساده‌ای نیست. به همین دلیل محققان از الگوریتم‌هایی هوش مصنوعی برای این کار کمک گرفته‌اند. این دستگاه‌های هوشمند با گوش دادن به آرشیو بزرگی از انواع صداهای ضبط‌شده طوری تربیت و برنامه‌ریزی‌شده‌اند تا بتوانند انواع صداهای مختلفی که این ماهی‌ها تولید می‌کنند را از هم متمایز کنند.

الگوریتم‌های به‌دست‌آمده می‌تواند به نرم‌افزاری تبدیل شود که روی پردازشگر کوچک و اما پرقدرتی روی میکروفن‌های مخصوص زیرآب که به آن‌ها هایدروفون گفته می‌شود، نصب می‌شود. مجموعه‌ای از این هایدروفون ها می‌توانند روی یک تپه زیرآبی نصب شوند. بعد می‌توان صدای ماهی‌های هامور را به‌طور مرتب گوش داد و عامل ایجاد صدا را درحالی‌که از یک دسته ماهی هامور عبور میکند و به دسته دیگر هامور ها نزدیک می‌شود، ردگیری کرد.

استراق سمع مکالمات ماهی‌ها کار عجیبی به نظر می‌رسد. اما کار گروه پلز با یکی از شرکت‌های صنایع دفاعی به نام ریتیون، شاید کمی به شیوه‌های سنتی‌تر ردیابی صوتی ضد زیردریایی شبیه‌تر باشد. اما این پروژه هم پیچیدگی خاص خودش را دارد.

الیسون لافریر، یکی از دانشمندان شرکت ریتیون می‌گوید: «ما در تلاشیم انعکاس صدایی که میگوهای بشکن زن به دنبال حرکت یک شی متحرک از نزدیکی خود ایجاد می‌کنند را تشخیص بدهیم. این تا حدی شبیه همان کار قدیمی است که ردیاب‌های صوتی انجام می‌دهند. آن‌ها هم انعکاس صداهایی که از یک منبع صوتی بخصوص ایجاد می‌شود را ردیابی می‌کنند.»

«یک کلونی میگوهای بشکن زن صدای ممتد غرش مانندی ایجاد می‌کند که تا حدی شبیه صدای سرخ کردن سوسیس در ماهیتابه است»

به‌عبارت‌دیگر، این ردیابی صوتی مانند ردیاب‌های قدیمی کار می‌کنند اما از صدایی که میگوهای بشکن زن تولید می‌کنند استفاده می‌کنند نه فرکانسی که دستگاه به شکل مصنوعی تولید می‌کند. صدای میگوهای بشکن زن که به نام میگوهای هفت‌تیرکش هم شناخته می‌شوند، بلندترین صدا را در میان موجودات زنده کره زمین تولید میکنند. آن‌ها با بستن سریع چنگک‌هایشان این صدای بلند بشکن مانند را ایجاد می‌کنند. با بستن سریع چنگک حباب خلأ ایجاد می‌شود که با ترکیدن آن انفجاری در حد هزاران درجه رخ می‌دهد. در اثر این انفجار جرقه‌ای از نور و جریان شوک دهنده‌ای ایجاد می‌شود که می‌تواند طعمه را در جا خشک کند.

این میگوها همچنین برای ارتباط برقرار کردن با یکدیگر بشکن می‌زنند. گروهی از این میگوها که به شکل کلونی یکجا جمع شده‌اند صدای ممتد غرش مانندی ایجاد می‌کنند که تا حدی شبیه صدای سرخ کردن سوسیس در ماهیتابه است.

خانم لافریر می‌گوید: «صدایی که از بشکن زدن این میگو ایجاد می‌شود از جهت زمانی بسیار کوتاه است اما از جهت کیفیت، طیف فوق‌العاده زیادی از صدا دارد. بشکن یک میگو از سیگنال‌های صوتی که ردیاب‌های قدیمی می‌فرستند صدای کمتری دارد اما در عوض ممکن است هزاران بشکن در هر دقیقه زده شود.»

خانم لافریر می‌گوید صدای میگوها در ساعت‌های مختلف روز و بر اساس دمای مختلف آب تغییر می‌کند اما یک کلونی میگو، هیچ‌وقت ساکت نیست.
صداهای بوم مانندی که ماهی هامور (گروپرها) برای حفظ قلمرو خود ایجاد می‌کنند مانند پارس کردن سگ‌های نگهبان می‌تواند ورود یک مهاجم را خبر بدهدخانم لافریر می‌گوید: «یکی از بزرگترین چالش‌هایی که با آن مواجه هستیم مقدار بسیار زیاد سروصدایی است که خود میگوها ایجاد می‌کنند و انعکاس همه این صداها در محیط اطرافشان.»

بررسی انعکاس این صداها کار بسیار مشکلی است چون برخلاف ردیاب‌های صوتی سنتی، محل منبع صدا نامشخص است. اینجا هم دوباره نرم‌افزارهای مدرن به کمک می‌آیند. گروه دانشمندان همکار لافریر توانسته‌اند الگوریتم هوشمندی طراحی کنند که می‌تواند صداها را تجزیه‌وتحلیل و یک‌صدای بشکن مشخص را از بین آن‌ها جدا کند. بر اساس آن صدای بشکن، اول محل قرار گرفتن میگو را تشخیص می‌دهند و بعد مسیری که صدای منعکس‌شده طی کرده را محاسبه می‌کنند و درنهایت به این نتیجه می‌رسند این صدا از کجا منعکس‌شده است.

برای درک بهتر صداهای منعکس‌شده، لافریر و گروهش باید مدل‌های کامپیوتری طراحی می‌کردند که نشان بدهد کدام انعکاس‌ها در اثر برخورد با یک شی ثابت در پس‌زمینه ایجادشده‌اند و می‌توان آن‌ها را ندیده گرفت و کنار گذاشت. با ردیابی این انعکاس‌ها آن‌ها می‌توانند صداهایی که در اثر برخورد با یک شی متحرک در محیط منعکس‌شده‌اند را پیدا کنند. این شی متحرک می‌تواند یک ماهی، یک زیردریایی یا هر شی‌ ناشناس زیردریایی باشد.

«یک اکوسیستم دائمی سنسورهای زنده شناور در تئوری ایده بسیار جالبی است.»
سیدهارت کوشال
در این روش هم نتیجه نهایی مجموعه‌ای از هایدروفون های هوشمند است که نرم‌افزارهای کامپیوتری داخل آن‌ها قادر است صدای میگوهای بشکن زن را تجزیه‌وتحلیل کند و محل هر هدف موردنظر در آن محدوده را مشخص کند.

دیگر گروه‌های تحقیقی که در پروژه پلز کار می‌کنند هم سعی کرده‌اند شیوه مشابهی به کار ببرند. گروه محققان نورتروپ گرامن روی نوع دیگری ردیاب صوتی متکی بر میگو کار می‌کنند و یک گروه از نیروی دریایی در حال مطالعه روی صداهای عمومی هستند که تپه‌های مرجانی یا شنی زیردریا تولید می‌کنند. آن‌ها می‌خواهند بفهمند چطور ورود مهاجمان می‌تواند این صداها را تغییر بدهند. هدف همه این پروژه‌های تحقیقی درنهایت رسیدن به یک سیستم هوش مصنوعی است که سنسورهای فراگیری دارد و می‌تواند فضای گسترده‌ای در زیردریا را برای مدت‌زمان‌های طولانی تحت نظر داشته باشد. هدف دیگر این است که بیشتر سخت‌افزار به‌کاررفته در این سیستم از خود طبیعت تأمین‌شده باشد. تنها بخش این دستگاه که نیاز به تعمیر یا تعویض خواهد داشت هایدروفن (میکروفون آبی) آن خواهد بود.

سیدهارت کوشال، متخصص جنگ‌های دریایی در اتاق فکر دفاعی راسی در بریتانیا می‌گوید: «مسیری که شرکت دارپا در پیش‌گرفته است اگر به نتیجه عملی برسد دستاورد فوق‌العاده بزرگی خواهد بود. یک اکوسیستم دائمی سنسورهای زنده شناور در تئوری ایده بسیار جالبی است.»

این پروژه در حد ایده و تئوری قطعاً جالب است اما نه الزاماً در عمل. آقای کوشال زیاد به این پروژه‌ها خوش‌بین نیست چون پروژه‌های قبلی که می‌خواستند از آبزیان برای رصد کردن زیردریایی‌ها استفاده کنند موفق نبوده‌اند. زیردریایی‌های آلمانی یو بوت گاهی به خاطر تأثیری که روی پلانکتون‌ها منور داشتند ردیابی میشدند. این پلانکتون‌ها وقتی تغییر محیطی آزارشان می‌دهد رنگ روشنی از خود منتشر می‌کنند. در جنگ جهانی اول یکی از این یو بوت ها با استفاده همین تغییر بیولوژیک که در دریا ایجاد می‌کرد ردیابی و غرق شد. اما تلاش‌های متعددی که بعد از آن برای استفاده بیشتر و دقیق‌تر از این خصوصیت صورت گرفت و سعی برای ساختن سنسورهای حساس به نور که بتوانند در محدوده مشخصی تغییرات را تشخیص بدهند، موفقیتی چندانی به دست نیاوردند.

آقای کوشال می‌گوید: «تمام تلاش‌های سیستماتیک شوروی سابق و ایالات‌متحده در دوران جنگ سرد برای استفاده از قابلیت موجودات آبزی به‌جایی نرسید. دلیل آن بخشی به خاطر پیدا نکردن راهی است که بتوان جواب‌های مثبت کاذب را از جواب‌های مثبت واقعی جدا کرد. فرضاً بتوان فهمید یک نهنگ در حال گذشتن بوده است و یا یک زیردریایی واقعی.»

اینکه پروژه پلز خواهد توانست تفاوت بین یک زیردریایی با یک کوسه را تشخیص بدهد فعلاً معلوم نیست. خانم آدورناتو معتقد است ترکیب ارگانیزم‌های آبزی با الگوریتم‌های هوشمند امروزی می‌تواند سیستم هشداردهنده قابل‌اطمینان‌تری ایجاد کند تا شکارچیان سنتی زیردریایی راحت‌تر بتوانند متجاوزین به آب‌های خود را تشخیص بدهند.

«استفاده از صداهایی که توسط آبزیان در زندگی عادی‌شان ایجاد می‌شود به محققان امکان استفاده از ابزاری را می‌دهد که کم‌هزینه است ،به محیط‌زیست صدمه نمی‌زند و کمک می‌کند به صدمات ناشی از فعالیت انسان در زیرآب پایان داد.»

خانم آدورناتو می‌گوید: «این روش‌های کم‌خطر و مشاهده‌گر می‌توانند در محیط‌های طبیعی مختلف مورداستفاده قرار بگیرند بی‌اینکه به اکوسیستم‌هایی طبیعی، صدمه بزنند.»

استفاده از صداهایی که توسط آبزیان در زندگی عادی‌شان ایجاد می‌شود به محققان امکان استفاده از ابزاری را می‌دهد که کم‌هزینه است ، به محیط‌زیست صدمه نمی‌زند و کمک می‌کند به صدمات ناشی از فعالیت انسان در زیرآب پایان داد. این تکنولوژی می‌تواند برای پروژه‌هایی چون توربین‌های بادی تولید الکتریسیته که در ساحل دریاها نصب می‌شوند، حفاری چاه‌های نفت و ساخت معادن زیرآبی کمک کند. همه ما باید به صدای طبیعت گوش کنیم.

این پروژه در حال حاضر بر موجوداتی که در آب‌های ایالات‌متحده زندگی می‌کنند تمرکز دارد به همین دلیل انتقال آن به کشورهای دیگر و تطبیق دادن آن چندان ساده نخواهد بود. اما چهارچوب کلی این تکنولوژی جدید می‌تواند به شکل گسترده‌ای مورداستفاده قرار بگیرد.

پروژه پلز تا اینجا فاز اول خود را پشت سر گذاشته است. در این فاز باید عملی بودن تحقیق درباره دو روش مختلف گوش دادن تأیید می‌شد. یکی گوش دادن به اینکه تپه‌های زیردریا چطور به ورود مهاجم واکنش نشان می‌دهند و دیگری بررسی ردیابی صوتی با میگوهای بشکن زن. خانم آدورناتو امیدوار است در سال ۲۰۲۳ بتوانند در محیط طبیعی آزمایش‌هایی انجام بدهند. بعدازآن، اگر همه‌چیز با موفقیت جلو برود، تکنولوژی به مصرف‌کنندگان آن (در درجه اول نیروی دریایی ایالات‌متحده) برای کار روی جزییات بیشتر و تولید منتقل خواهد شد.

بعدازآن ممکن است این سیستم جدید در ردیابی زیردریایی ها به کار برده شود و دیگر شاهد مرگ نهنگ ها به دلیل تأثیر ردیاب‌های صوتی قدیمی نباشیم. شاید شکارچیان زیردریایی، به‌جای تهدید طبیعت، بتوانند با همکاری با طبیعت کار خود را انجام دهند وبه این ترتیب هر دوی آن‌ها از این تکنولوژی سود ببرند.