美国夏威夷大学（University of Hawaii at Mānoa，UH Mānoa）、伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution，WHOI）以及蒙特里杰克海湾水族馆研究学会（Monterey Bay Aquarium Research Institute，MBARI）的研究人员经过多年的开发测试，成功证实自主式水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）可以跟踪和研究某个远洋涡流移动的微生物群落。这项研究成果于2021年1月13日发表在《科学机器人》（Science Robotics）期刊上。

海洋微生物是全球气候系统中必不可少的角色，它们生产了全世界约一半的氧气，同时清除了二氧化碳，形成了海洋食物网的基础。远洋涡流直径可达100公里，持续数月。当这些旋涡在北半球逆时针旋转，将营养丰富的水从深处带到海面时，促进浮游植物生长。许多海洋微生物生活在开放的海域，称为深度叶绿素最大值（Deep Chlorophyll Maximum，DCM）。在这一海洋层中，来自上方的光线和来自下方的营养物质汇聚在一起，为浮游植物创造了理想的生存环境。

MBARI的高级机械工程师Brett Hobson认为，目前面临的最大挑战是找到一种可以让人类和机器人彼此通信的方法，跟踪DCM并对其进行取样。DCM的位置可以在短短几小时内垂直移动30米，这种时间和空间上的变化则需要一种可以嵌入DCM及其周围、并在其漂流时跟踪微生物群落的设备。

2018年3-4月，研究人员利用卫星成像定位夏威夷群岛以北的一个涡旋。他们部署了一个由三个水下机器人组成的高科技团队——两个远程自主水下航行器（LRAUVs）和一个波浪滑翔机水面航行器。第一架LRAUV（Aku号）充当了主要采样机器人，用于定位、跟踪和取样DCM，机载的第三代环境样品处理器（3G ESP）过滤并保存海水样品，使研究人员能够捕捉到一系列生物体遗传物质和蛋白质。第二架LRAUV（Opah号）通过声学跟踪Aku号，并在其周围垂直盘旋，以收集有关DCM周围环境的关键信息。Aku和Opah号携带了一套传感器来测量温度、盐度、深度、溶解氧浓度、叶绿素浓度、光学后向散射和光合有效辐射。Aku号每次作业时长可达几天，而Opah号每隔几小时就浮出水面，通过卫星将信息传回给船上的科学家。波浪滑翔机水面航行器（Mola号）也通过声纳跟踪Aku号，并与船上的科学家保持通讯。

这些机器人船队现在也被用于监测其他对海洋健康的关键干扰因素，如有害的海藻繁殖和石油泄漏。由于气候变化、污染和过度捕捞等人类活动，海洋正在经历快速变化，这项技术有潜力改变我们理解和预测海洋健康的能力。

（刘思青 编译）