Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Tre unge ingeniører driver den arktiske forskning fremad med ny teknologi

Særdeles lovende. Sådan betegner en arktisk topforsker en sonde, som tre ingeniørstuderende har udviklet under et bachelorprojekt i samarbejde med Institut for Mekanik og Produktion og Biologisk Institut, Aarhus Universitet. Sonden bestod sidste efterår den ultimative test under ekstreme arktiske forhold.

Drone foran isbræ / Foto: Peter Bondo Christensen ©
Dronen flyver den 2,6 kg tung sonde ind foran en isbræ i Kong Oscars Fjord. Foto: Peter Bondo Christensen ©

Lav en sonde, der kan dykke ned til 300 meters dybde. Den skal kunne måle saltholdighed, temperatur og dybde i havet og skal lave tre målinger per meter, før den selv vender tilbage til overfladen. Endelig skal den være billig og så let, at den kan flyves ud med og samles op af en drone.

Det var den udfordring tre unge ingeniørstuderende, Ebbe Poulsen, Mathias Eggertsen og Erik Hinge Jepsen tog imod under deres sidste år på ingeniørstudiet.

Ebbe Poulsen og Mathias Eggertsen fortsatte arbejdet efter afslutningen af studiet, og sonden har nu været på den ultimative test under et togt med inspektionsfartøjet Knud Rasmussen i Nordøstgrønland, hvor de to glade ingeniører åndede lettet op efter et års benhårdt forarbejde.

Den ultimative test

Der kan være stille i Nordøstgrønland. Meget stille. Især hvis man ligger i en gummibåd på behørig afstand af en gletsjer inderst i Kong Oscars Fjord i Nordøstgrønland. Her kan lyden af en drone, der letter, lyde som en slidt Husqvarna plæneklipper på overarbejde.

Men støjen ødelægger ikke det betagende syn, det er at se en velvoksen drone flyve hen mod den 50 meter høje gletsjervæg og droppe en gul torpedolignende sonde i vandet lige foran gletsjeren.

Sonden retter sig op i vandet. Det lille gule flag øverst på sonden stikker op af vandet, før hele sonden forsvinder ned i dybet og dronen vender tilbage til skibet.

Det her er det øjeblik, Ebbe Poulsen og Mathias Eggertsen har ventet på gennem mere end et år.

Artiklen fortsætter under billedet...

Mere ferskt vand til grønlandske fjorde

Indlandsisen på Grønland smelter med foruroligende fart. Større og større mængder ferskt vand løber ud i fjordene og havet omkring Grønland. Hvordan påvirker det livet i havet og de globale havstrømme? Det er et af de store spørgsmål, der kalder på en afklaring.

Skal man forstå effekten af den øgede mængde ferskt vand til de marine arktiske økosystemer, er det nødvendigt med detaljerede målinger i mange grønlandske fjorde. Og det kræver målinger i havet lige foran gletsjerne. Et sted man ikke sådan lige kommer hen - risikofrit.

Professor Søren Rysgaard, Arktisk Forskningscenter, Aarhus Universitet har gennem flere år studeret, hvordan smeltevand fra gletsjere i Vestgrønland strømmer ud i fjordene. Sammen med en forskergruppe fra Grønlands Naturinstitut har han benyttet engangs-sonder, der måler tryk, temperatur og saltholdighed ned gennem vandet fra overfladen til bunden af fjorden.

Forskergruppen smed en sådan engangs-sonde ned fra en helikopter lige foran en gletsjer i Godthåbsfjorden ved Nuuk. Mens sonden sank ned gennem vandsøjlen sendte den data tilbage til en computer i helikopteren gennem en tynd kobbertråd. Da sonden nåede bunden, blev kobbertråden klippet og apparatet forsvandt i vandmasserne.

Med målingerne demonstrerede forskerne den såkaldte ’subglacial discharge’, hvor gletsjeren frigiver store mængder ferskt vand ved bunden. Når det lette ferske vand frigives ved fjordens bund, trækker det næringsrigt bundvand med op til overfladelagene. Her giver næringsstofferne ophav til en øget algeproduktion, der i sidste ende er fødegrundlaget for flere fisk og hvaler.

Artiklen fortsætter under billedet...

Behov for en let og billig sonde

Det er stort set ukendt, hvordan det ferske smeltevand løber ud i de mange østgrønlandske fjorde. Derfor har Søren Rysgaard taget initiativ til et større forskningstogt fra Kap Farvel i Sydgrønland til Kejser Franz Joseph Fjord i Nordøstgrønland.

Et samarbejde med Arktisk Kommando har gjort det muligt for en forskergruppe at sejle med Knud Rasmussen til de ellers meget svært fremkommelige områder. Og forskerne har gennem række fjorde målt på tryk, temperatur, næringsstoffer og indholdet af salt ned gennem vandsøjlen.

”Det er alt for farligt at sejle en sonde ind foran en gletsjer, og helikoptertid er sindssygt dyrt. Derfor opstod ideen med at udvikle en let sonde, som en drone kan flyve ind og droppe lige foran gletsjeren, ” fortæller Søren Rysgaard.

Kommercielle sonder koster op til en kvart million kroner. En engangssonde koster ca. 10.000 kroner - for slet ikke at snakke om udgifterne til den helikopter, der skal kaste sonden.

”Det fordyrer forskningsprojekter meget, når udstyret bliver for kostbart og i de arktiske områder er der stor risiko for at miste udstyr. Derfor var målet også at udvikle en sonde til omkring en tiendedel af prisen for kommercielle sonder,” siger Søren Rysgaard.

Artiklen fortsætter under billedet...

Mange hovedbrud

Ingeniørdocent Claus Melvad, fra Institut for Mekanik og Produktion, Aarhus Universitet forelagde projektideen til sine studerende og Ebbe Poulsen, Mathias Eggertsen og Erik Hinge Jepsen havde mod på at kaste sig over opgaven.

”Vi havde ikke drømt om, hvor mange problemstillinger, vi skulle løse i projektet, da vi sagde ja, ” siger Ebbe Poulsen og Mathias Eggertsen fra dækket af Knud Rasmussen.

Foran dem ligger resultatet af mere end et års arbejde, hvor arbejdsugerne ikke har været under 60 timer: en 2,6 kg tung sonde, der står for en ultimative prøve foran en gletsjer i Kong Oscars Fjord.

”Der er tusindvis af ting, der kan gå galt i sådan et projekt,” siger Claus Melvad, der har vejledt de studerende og har stor anerkendelse for deres arbejde.

Ebbe og Mathias har i hovedtræk selv designet og lavet alt på sonden. Det gælder 3D-print af alle dele, printplader, loddearbejde og fremstilling af tryktæt beholder til elektronik.

”Vi har lært rigtig meget af projektet og har været ude i problemstillinger, vi slet ikke har haft om på studiet,” fortæller Mathias Eggertsen.

En særlig udfordring var at gøre sonden luftbåren med en take off vægt på maksimalt 25 kg inklusive drone. På grund af de særlige kompasforhold ved Grønland skulle de bygge en drone, der kan flyve uden kompas i flightcontrolleren og som samtidig har en lang nok flyvetid til at komme frem og tilbage til en gletsjer fra behørig sikkerhedsafstand.

Det problem blev løst i et andet af Claus Melvads bachelorprojekter hvor Frederik Nilaus, Kristian Emil Schrøder Hansen og Asbjørn Riis Stephensen byggede en stor drone der kunne matche kravene.

Med den specialbyggede drone på plads kunne Ebbe og Mathias fortsætte arbejdet med sonden, der kort før afrejse til Grønland blev tryktestet til 250 meters dybde hos McArtney i Esbjerg.

Artiklen fortsætter under billedet...

Overbevisende data

Tilbage i Kong Oscars Fjord kommer sonden tilbage til overfladen efter nogle meget lange minutter.

I en bestemt dybde, brænder et lille varmelegeme de tynde plastikbånd, der holder på to jernlodder, over. Lettet for denne byrde stiger sonden atter mod overfladen. 

Og for Ebbe Poulsen og Mathias Eggertsen er det med lige dele lettelse og stolthed, at de ser den sonde der indeholder deres helt egne unikke løsninger stikke sit lille gule flag op af vandet igen.

”Det har været som én lang eksamen, der nu ender med et godt resultat,” siger Ebbe Poulsen.

Og et godt resultat er det. For da de mange data bliver sammenlignet med data fra kommercielle sonder, er de stort set sammenfaldende.

”Det åbner for store perspektiver. Sensorerne i denne hjemmelavede sonde koster kun nogle få tusinde kroner og den dataopløsning, de leverer, er fuldt ud tilstrækkelige,” siger Claus Melvad.

Droner kan flyve de lette sonder over relativt store afstande og droppe dem på steder, mennesker ikke kan komme frem. På sigt kan sonderne måske udstyres med en sender, der automatisk sender data, når bøjen kommer til overfladen.

”Hvis det en dag lykkes at lave sonderne i bionedbrydeligt materiale, kan ethvert skib, der sejler i grønlandske farvande, kaste en sonde ud. Det vil give adgang til mange, meget vigtige data, der vil hjælpe os til at forstå hvordan klimaforandringer påvirker havstrømmene omkring Grønland. Vi har utrolig få data fra dette område,” siger Søren Rysgaard.

De to unge ingeniører hopper gerne på nye projekter i tæt samarbejde med biologer. De er enige om, at samarbejdet mellem de to faggrene har været yderst frugtbart.

”Det har været en kæmpe oplevelse at være med forskerteamet ombord på Knud Rasmussen. Nu skal vi lige hjem og fordøje det hele, og så må vi se hvilke muligheder, der opstår i fremtiden,” slutter Ebbe Poulsen.

Yderligere oplysninger

  • Professor Søren Rysgaard, Arktisk Forskningscenter, Aarhus Universitet; mail: rysgaard@bio.au.dk; telefon: 2464 3206

  • Ingeniørdocent Claus Melvad, Institut for Mekanik og Produktion, Aarhus Universitet; mail: cme@mpe.au.dk telefon: 23244761

  • Ingeniør Ebbe Poulsen; mail: ebbe97poulsen@gmail.com; telefon: 2616 6230

  • Ingeniør Mathias Eggertsen; mail: eggertsen.mathias@gmail.com, telefon: 4246 2353