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香港大学参与研发“激光盗龙”自动无人机系统 利用激光在野外寻找化石、矿物和生物

图一︰港大研发的自动激光扫描无人机系统在夜间寻找化石、矿物和生物目标(此为仿真图片)。图片提供:Thomas G Kaye和文嘉棋。

图一︰港大研发的自动激光扫描无人机系统在夜间寻找化石、矿物和生物目标(此为仿真图片)。图片提供:Thomas G Kaye和文嘉棋。

图二:「激光盗龙」无人机产生的激光影像。发光点是一颗两厘米阔的哺乳类牙齿化石。图片提供:Thomas G Kaye和文嘉棋。

图二:「激光盗龙」无人机产生的激光影像。发光点是一颗两厘米阔的哺乳类牙齿化石。图片提供:Thomas G Kaye和文嘉棋。

图三:由「激光盗龙」无人机系统发现的两厘米阔哺乳类牙齿化石。牙齿属于一种居住在美国怀俄明州的雷兽,有三千五百万年历史。图片提供:Thomas G Kaye和文嘉

图三:由「激光盗龙」无人机系统发现的两厘米阔哺乳类牙齿化石。牙齿属于一种居住在美国怀俄明州的雷兽,有三千五百万年历史。图片提供:Thomas G Kaye和文嘉棋。

(蜘蛛网eeook.com报道)据香港大学:科幻电影中经常出现的智能追踪无人机不再是空谈 — 香港大学(港大)参与研发的自动追踪无人机系统,能在夜间利用激光、扫描寻找化石、矿物和生物(图一)等目标物。

港大有份研发的激光诱导荧光技术曾多次被应用在古生物研究上,让化石发出荧光甚至揭示一般情况下看不到的生物软组织,例如皮肤和软骨等(注一)。 由于激光能够在极低能量散失的情况下作远距离投射,所以这技术很适合应用于飞行系统上作探测用途。

这个崭新的全自动激光扫描飞行系统,由港大地球科学系助理教授(研究)文嘉棋博士(地球及行星科学部古脊椎动物实验室)和合作伙伴、美国科学发展基金会(Foundation for Scientific Advancement)Thomas G Kaye共同研发。 文嘉棋博士表示:「这个被称作『激光盗龙』的系统,可以在野外有效地侦测暴露在地面上的化石。 」

在日间设定好飞行路线后,这系统的原型在美国亚里桑那州和怀俄明州恶劣的地形上进行了首次夜间飞行任务(图一)。 「激光盗龙」利用自身的导航系统快速飞越指定地点,与地面保持四米距离进行地毯式搜索,寻找拇指般大小的荧光物体。 每次任务完成后,研究人员便会分析激光扫描片段,寻找目标物所在地的热点,并在第二天进行详细搜索(图二),采集新的化石标本(图三)。

由于荧光对矿物质的成分差异非常敏感,所以虽然激光盗龙的设计用途是寻找化石,它也能寻找其他对荧光有反应的物体,包括矿物(例如研究特殊地质或寻找宝石矿物)、生物(如蝎子、贝类和蓝绿菌),甚至古物古迹。 被问到未来的计划, Thomas Kaye认为:「作为港大太空研究实验室的成员,文嘉棋博士和我正着手研究将激光诱导荧光技术,应用到探索地球以外的星球的地貌。 」

注一. 详见学院2017年3月份新闻稿: https://www.hku.hk/press/press-releases/detail/15989.html
研究论文刊载于Methods in Ecology and Evolution :
https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/2041-210X.13402
影片下载:https://youtu.be/t79XmfPyOWA (影片说明: Thomas G Kaye)
图像下载:https://www.scifac.hku.hk/press

相关报道:无人机助力化石发现,跨领域新应用

(蜘蛛网eeook.com报道)据界面新闻(陈根):尽管许多化石只是简单地暴露在土壤表面,但要找到所有这些化石就需要科研人员在不同的地形上走很多路。

近日,由中国香港大学的助理教授Michael Pittman和Scientific Advancement基金会的Thomas G. Kaye一同开发的一架新的自动六角无人机可以提供帮助,因为它是利用激光在夜间寻找化石的。据悉,这款无人机叫Laser Raptor,相关研究报告已发表在《Methods in Ecology and Evolution》上。

报告中,研究人员描述了一种概念验证自主无人机(UAV)系统,该系统利用不同材料特有的荧光特性来扫描和获取领域内的目标,包括化石、岩石和矿物、生物和考古文物。这些材料在较低的荧光背景下通常是高荧光的,并且可能显示不同的颜色。

为了从一架移动的无人机中探测这些目标,研究人员使用了激光刺激荧光。这包括一束强烈的激光束,而不是普通的紫外线,由此可以投射更远的距离并产生足够的荧光,让无人机摄像机在离地面好几米的地方探测到目标。

此外,该系统包括一种轻型无人机,可以在夜间的区域自主地飞行路径点图案,在飞行过程中,它将激光照射到土壤上。如果在被扫描的区域有化石存在,那么它们独特的矿物含量会使其发出荧光,而周围的岩石和土壤仍旧保持黑暗。在夜晚搜寻化石搜寻的好处是可以防止阳光干扰激光。

在无人机飞行结束后,电脑会分析其集成面向下的摄像机拍摄的画面。如果探测到任何荧光信号,那么它们的GPS坐标就会被记录下来以便古生物学家之后可以前往这些地方。地面上的静止照片通过被机载闪光灯照亮来助力科学家找到化石。

该系统有望成为由卫星和飞机地理信息系统生成的高海拔地图数据组合中最低的“地面真相”层。该系统具有厘米的分辨率和通过荧光显示的地球化学差异,将提高数据收集的规模和效率,包括化石、岩石和矿物,包括可开采材料,荧光色物体,包括生物矿物生产者,如贝类,以及考古文物。

或许未来,进化、生态学、地球和行星科学、考古学和其他涉及荧光目标的学科都将受益于这个新系统。




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