De fijngevoeligheid van mariene organismen voor veranderingen in hun omgeving zou kunnen dienen als een bewakingssysteem voor de staatsveiligheid.
Als mens kunnen we soms uren vol verwondering naar de natuur staren. Een nieuw initiatief van het Amerikaanse agentschap van defensie wil de rollen nu omdraaien: het wil zeedieren inzetten om menselijke activiteit in het oog te houden.
Het agentschap wil weten of zeedieren, van piepklein lichtgevend plankton tot reusachtige itajara's, zouden kunnen ingezet worden als onderdeel van een soort beveiligingssysteem onder water. Dat systeem zou dan vijandige onderwaterdrones, grote nucleaire onderzeeërs en andere onderwatervoertuigen moeten opsporen. Het onderzoeksproject kreeg de naam Persistent Aquatic Living Sensors of kortweg PALS.
Heel wat zeedieren reageren hoorbaar of waarneembaar op geluid of optische, elektromagnetische en chemische veranderingen in het water rondom hen. Zwarte zeebaarzen, bijvoorbeeld, gaan zich anders gedragen wanneer ze verstoord worden door onderwatervoertuigen en bepaalde soorten microben reageren op de magnetische signatuur van onderzeeërs. Bestaande bewakingsapparatuur kan dit gedrag oppikken, maar heeft het tot nu toe altijd beschouwd als achtergrondlawaai.
"Het PALS-programma werd ontwikkeld om de grote gevoeligheid van zeeorganismen voor veranderingen in hun omgeving optimaal te benutten", verklaart Lori Adornato, manager van het initiatief dat geleid wordt door het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), een agentschap van het Amerikaanse ministerie van defensie.
Onderwaterbewaking gebeurt gewoonlijk aan de hand van sonar. Het nadeel is dat ook vijanden die signalen kunnen detecteren. Bovendien zijn sonardetectoren erg duur, tijdrovend om te installeren, gevoelig voor corrosie en raken ze snel bedekt met organismen. Sommige moeten zelfs dicht bij een schip of bij de kust blijven om zich van stroom te kunnen voorzien. Daarom gebruikt de marine onderwaterbewaking vooral om belangrijke locaties of bezittingen te beschermen, zoals havens en vliegdekschepen.
Levende organismen, daarentegen, hoeven niet van stroom voorzien te worden en kunnen zowel visuele, magnetische en chemische signalen als geluid opvangen. "Dat geeft je heel wat meer mogelijkheden om dingen te observeren in de oceaan", vertelt Adornato. Bovendien zijn deze natuurlijke sensoren al "geïnstalleerd" in alle zeeën en vervangt elke generatie vanzelf de vorige. Al deze kenmerken maken van zeedieren de ideale spionnen voor bewaking op lange termijn. "Door gebruik te maken van organismen, kunnen we zowel een uitgestrekt gebied dekken als een doelwit langdurig in de gaten houden. Dat lukt niet wanneer je één sensor gebruikt voor alles", zegt Adornato.
Er zijn minstens twee grote uitdagingen verbonden aan het inzetten van levende organismen voor maritieme bewaking. Eerst en vooral zal DARPA detectoren nodig hebben die het relevante dierlijke gedrag kunnen oppikken. Die detectoren zouden te maken kunnen krijgen met dezelfde problemen als de conventionele sensoren. Ten tweede "moet je enige kennis hebben van dierlijk gedrag, en dat is altijd een moeilijke kwestie", zegt Kim Martini, een fysisch oceanograaf uit Seattle die niet meewerkt aan het initiatief.
Om te kijken wat de mogelijkheden zijn, heeft DARPA een totaal van 45 miljoen dollar toegekend aan vijf onderzoeksteams. Die zullen elk een specifiek marien organisme en zijn reacties op onderwatervoertuigen bestuderen. De onderzoekers zullen een combinatie van hydrofoons, sonar, camera's en andere sensoren gebruiken om het gedrag van de organismen te bestuderen en vast te leggen. Daarna zullen ze de data analyseren om fout-positieve resultaten eruit te halen. Tot slot zullen de onderzoekers dan technologie ontwikkelen die de signalen van de zeeorganismen kan doorgeven aan het leger.
Een groep onder leiding van Laurent Chérubin, een fysisch oceanograaf aan het Harbor Branch Oceanographic Institute van de Florida Atlantic University, zal het PALS-geld gebruiken om de geluiden van itajara's op te nemen en te analyseren. Deze territoriale vissen kunnen tot 2,5 meter lang worden en meer dan 350 kilo wegen. Ze staan bekend om de opmerkelijke laagfrequente "plofgeluiden" die ze maken wanneer duikers hen benaderen. Onderzoekers vermoeden dat de plof een noodkreet is die ze gebruiken als reactie op indringers, waaronder onderwaterdrones en onderzeeërs.
Om die theorie te testen, zullen Chérubin en collega's zich tot in detail verdiepen in het gedrag van de itajara. Volgens de onderzoeker zullen ze op die manier nooit gezien gedrag aan het licht brengen. Ze zullen beginnen met vissen in gevangenschap vooraleer ze itajara's in hun natuurlijke habitat bestuderen om te zien of bepaalde gedragingen enkel in het wild voorkomen.
Alison Laferriere, een oceanografisch ingenieur bij Raytheon BBN Technologies, zal een team biologen leiden in hun onderzoek naar pistoolgarnalen. Ondanks hun kleine gestalte zijn pistoolgarnalen een van de luidste mariene organismen die er zijn. Ze maken klakkende geluiden van zo'n 200 decibel, wat luider is dan een raketlancering. Laferriere vergelijkt ze met het knetteren van gebakken bacon. Deze geluiden leggen grote afstanden af, waardoor ze vijandige voertuigen zouden kunnen raken en dan weerkaatsen op sensoren, ongeveer zoals bij sonar. "Het biedt potentieel om zelfs de stilste voertuigen op te sporen", zegt Laferriere.
Laferriere is enthousiast dat haar PALS-project ook zal bijdragen tot ander fundamenteel onderzoek. Naast het beluisteren van de garnaalgeluiden in de oceaan, zal haar team ook de gezondheid van de habitat en de biodiversiteit in de gaten houden. Bovendien verrichten ze volgens de onderzoekster ook baanbrekend werk, aangezien nooit eerder bestudeerd werd hoe pistoolgarnalen reageren op de aanwezigheid van een onderwatervoertuig en hoe dat het algemene geluidslandschap beïnvloedt.
Andere onderzoeksteams zullen camera's en machine learning gebruiken om nuttige patronen op te sporen in de reacties van lichtgevende organismen op onderwatervoertuigen. De wetenschappers worden verwacht hun bevindingen te publiceren in de komende jaren of toch ten minste die resultaten die niet vertrouwelijk zijn.
