IR-kanuuna

Akvaario IR-valaistuksessa tietokoneen näytöllä.

Akvaario IR-valaistuksessa tietokoneen näytöllä.

Vanha totuus on, että ei kannattaisi alkaa korjaamaan mitään, mikä ei ole rikki. Viikko on ollut hieman masentava, kun sain tietokoneeni käyttöjärjestelmän rikki asentamalla (sillä hetkellä niin tärkeitä) ajureita uusiksi. Loppuviikko menee sitten asennellessa käyttis ja muutama ohjelma uudestaan. Valoa viikkoon toi tässä kuvattu pieni projekti.

 

Mikko Immosella on tuossa viereisessä Laboratoriossa koe meneillään jättikatkojen (Gammaracanthus lacustris) ruokailupreferensseihin liittyen. Akvaariossa on pimeässä viihtyviä jättikatkoja, sekä okakatkoja (Pallaseopsis quadrispinosa) ja tarkoitus on tarkkailla miten okakatkat maistuvat jättikatkoille. Tarkkailu tulee tehdä pimeässä infrapunakameran avulla.

Akvaario, IR-kamera ja omat infrapunavaloviritykset

Akvaario, IR-kamera ja omat infrapunavaloviritykset.

Ongelmaksi muodostui kuitenkin kameran oman IR-valaisimen tehottomuus ja kapea keila. Sattumalta minulla oli RASPITIN-projektiin liittyen infrapuna LED-matriiseja pöydällä lojumassa. Virittelimme akvaarioon 36 led-valon rinkulan ja lopputulema oli oikein tyydyttävä. Valoa saatiin melko leveällä keilalla ja melkein tarpeeksi. Alussa taistelimme hieman väärin säädettyjen jännitteiden kanssa, mutta mitäpä kaksi biologia eivät saisi yleismittarilla ratkaistua. Nyt on sävelet selvät ja aikomus tykittää katkoja usealta suunnalta ainakin kolmella LED-rinkulalla. Turhaan se posti valittaa niistä Kiinan nyssäköistä. Me teemme tiedettä!

Infrapunavalomatriisi roikkuu optimaalisesti akvaarion yllä.

Infrapunavalomatriisi roikkuu optimaalisesti akvaarion yllä.

Phantom IV

Phantom IV valmiina lentoon.

Phantom IV valmiina lentoon.

Mielenkiintoinen päivä Lammin biologisella asemalla! Opettelimme lentämään ja kuvaamaan DJI Phantom 3 ja 4 multikoptereilla. Päivän pikakurssin miehitys oli kansainvälinen; Suomi, Kolumbia, Mexiko sekä Espanja. Opettajana toimi alunperin Kanadasta kotoisin oleva aseman tutkimuskoordinaattori John Loehr. Kenelläkään meistä ei ollut lainkaan aikaisempaa kokemusta koptereiden lennättämisestä, joten toiveet eivät varmaan olleet kovin korkealla. John kyllä vakuutti, että opimme kyllä lentämään, eikä kumpikaan kopteri tule tuhoutumaan 🙂

Kasasimme kopterit ja marssimme ulos pellolle. Kopteri ylös ja korkeutta 45 m kuului käsky, sitten lennätte neliön muotoisen reitin ja laskeudutte samaan kohtaan…selvä! Saatuamme näin ensi kosketuksen lentämiseen palasimme luokkaan katsomaan joitakin videoita (https://www.tomstechtime.com/) ja tutustumaan hieman paremmin itse laitteisiin.

Phantom IV kuljetuslaatikossaan.

Phantom IV kuljetuslaatikossaan.

Phanton IV kopteri ja ohjain.

Phanton IV kopteri ja ohjain.

Ennen lounasta harjoittelimme ympyrälentoa, monimutkaisempia lentokuvioita sekä tutustuimme erilaisiin automaattisiin toimintoihin, kuten erittäin kätevään autohoming-toimintoon. Havaitsimme, että lennokki on erittäin helppo hukata näkyvistä, mikäli sitä ei seurata kaiken aikaa katseella. Lentäminen on selkeästi helpompaa ja turvallisempaa, mikäli mukana on useampia silmäpareja. Automaattinen kotiinpaluu on kuitenkin hyvä apu tilanteessa, jossa näköyhteys syystä tai toisesta menetetään.

There she flies!

There she flies!

The drone.

The drone.

Iltapäivällä lounaan jälkeen tuuli yritti hieman häiritä lentämistä, mutta pysyi kuitenkin siedettävissä lukemissa. Tuulenpuuskat kuitenkin selkeästi vaikuttivat kopterin käyttäytymiseen ja ne melkein pystyi aistimaan ohjaimen välityksellä, etenkin laskeutumisessa tuli olla tarkkaavaisempi. Iltapäivällä varmuus lentämiseen kasvoi ja pystyimme jo hieman keskittymään myös kuvaamiseen. Lentäminen ja kuvaaminen samanaikaisesti ei todellakaan ole helppoa ja vaatii selkeästi lentotunteja, jotta halutunlaista materiaalia saa kuvattua. Kyllähän tuo HD-videokuva on hienon näköistä ja kopterin kuvaamana jopa maagisen ammattimaisen oloista, mutta ei tässä vielä mitään Spielbergejä olla alle puolen tunnin lentokokemuksella. Tästä on kuitenkin hyvä jatkaa, kunhan muistaa pitää maltin touhussa mukana…babysteps, but big vision! Toivottavasti kesään mennessä saan harjoiteltua tarpeeksi, jotta haaveissa olevaan Helsingin yliopiston tutkimusasemien esittelyvideoon saadaan mahtipontisen hienoa materiaalia. Alla pieni klippi siitä, mitä tänään opittiin. Kiitos John!

Multikopterilla katoavan lumen perässä

Eilen näin ja koin jotain uskomatonta! Olen ollut jo pitkään kiinnostunut droneista aka. multikoptereista ja kyllä nähnytkin niitä toiminnassa. Eilen iltapäivällä kuitenkin Lammin biologisella asemalla pääsin seuraamaan lähietäisyydeltä Phantom III -kopterin operointia. Kävimme aseman tutkimuskoordinaattorin John  Loehrin ja kahden harjoittelijan kanssa näytteenotossa lähellä sijaitsevan pellon reunassa. Kopteriin oli ohjelmoitu ennalta lentokuvio, jota se lähti lähes itsenäisesti kartoittamaan kameran avulla. Kopteri ampaisi alkusäätöjen ja muutaman ohjainvivun heilautuksen jälkeen ns. sukkana 127 metriin jossa se asemoi itsensä ja alkoi seurata ennalta määrättyä rataansa. Aikansa lennettyään kopteri palasi itsestään takaisin tarkalleen lähtöpisteeseensä. Muistikortille tallenetuista kuvista koostetaan yhtenäinen laaja kuva tutkimusalueesta. Toinen mukana olleista aseman harjoittelijoista (Joris Stuurop) vertailee tällä menetelmällä lumipeitteen vähenemisen nopeutta eri alueilla kevään mittaan.

Tämän kaltainen teknologia mahdollistaa varmasti vaikka mitä. Asemalla onkin jo kokeiltu esimerkiksi töyhtöhyypän pesien kartoittamista lämpökameran avulla. Uskomatonta, miten nopeasti teknologia on kehittynyt viime vuosien aikana. Mielenkiinnolla seuraan mitä kaikkea koptereilla tullaankaan vielä tekemään.

Phantom III

Phantom III -multikopteri (drone) ja ohjainlaitteisto.

Ennalta määritelty lentorata sekä asetusten tarkistaminen.

Ennalta määritelty lentorata sekä asetusten tarkistaminen.

Drone valmiina lähtöön

Drone valmiina lähtöön. Puikoissa John Loehr, harjoittelijat Matt Zaharchuk ja Joris Stuurop seuraavat.

Sisko ja sen veli

Sirokatkarapu (Palaemon elegans)

Sirokatkarapuja (Palaemon elegans). Kuva: Niko Nappu 2015, alkuperäistä kuvaa rajattu sekä käsitelty, CC BY-SA.

Tässä tekstissä avaan hieman RASPITIN-projektin (=sisko) sielunelämää sekä siitä seurannutta spin-off -projektia (=veli). Alkuperäisenä ideana on siis rakentaa ensi kesän Saariston ekologia (HY) -kurssille tutkimuslaite (kts. aiempi postaus), jonka avulla tehdään havaintoja litoraalivyöhykkeessä (rantavyöhyke) viihtyvästä tulokaslajista nimeltään sirokatkarapu (Palaemon elegans). Nämä kaverit viihtyvät aivan pinnan tuntumassa noin metrin syvyyteen saakka ja niiden määrä on kasvanut hurjasti viime vuosien aikana. Kursseilla tekemiemme havaintojen mukaan samassa habitaatissa viihtyvän leväkatkaravun (Palaemon edspersus) määrät ovat vastaavasti pienentyneet, ainakin Tvärminnen alueella. Itse asiassa emme ole saaneet lainkaan havaintoja leväkatkaravuista useaan vuoteen, kun taas sirokatkarapuja lienee useita satoja yksilöitä satunnaisella neliömetrin alalla.

Kurssilla olemme aina seuranneet litoraalin elämää päivisin, mutta nyt tekisi mieli tehdä havaintoja vuorokauden ympäri. Koska ko. kurssilla emme aio itse valvoa vuorokauden ympäri, voisimme rakentaa vehkeen, joka tekee havaintoja puolestamme. Alla on alustava algoritmi näytteenottimen toiminnalle (työnimi RASPITIN):

  1. Aloita scriptin suorittaminen laitteen käynnistyksen yhteydessä.
  2. Odota 20 min.
  3. Mittaa valon määrä ja veden lämpötila sekä tallenna ne kellonajan mukaan.
    1. Jos valon määrä on alle X-luxia
      1. Vaihda yökameralle
      2. Sytytä IR-ledit
      3. Tee kohdat kuten 3Bi – 3Biii
      4. Sammuta IR-ledit
    2. Muuten pitäydy päiväkamerassa
      1. Ota kuva
      2. Merkitse kuvaan kellonaika ja päivämäärä
      3. Tallenna kuva
  4. Odota 5 min.
    1. Suorita kohdan kolme mukaisesti kunnes:
    2. Lopeta scriptin suorittaminen 288 (1440 min / 5 min.) kuvan ottamisen jälkeen.

Tällä hetkellä laitteisto koostuu seuraavista osista ja komponenteista; muutokset kuitenkin mahdollisia, kunhan päästään testausvaiheeseen:

Kunhan projekti tästä etenee, niin kokoonpanoon lisätään muutamia osia ja joitakin vaihdetaan toisiksi:

  • NOIR kamera -> joku tämän tyyppinen usb-ratkaisu tilalle.
  • Toiseksi kameraksi Raspberryn oma kameramoduuli.
  • Tällainen levy, johon lopulliset viritykset tehdään.
  • Jokin virtapankki, josta saa 5 V.
Sirokatkarapu (Palaemon elegans)

Sirokatkarapu (Palaemon elegans). Kuva: Tommi Sirviö 2016, alkuperäistä kuvaa käsitelty, CC BY-SA.

Koko systeemi viritetään lopulta läpinäkyvään akryylikanisteriin, johon tehdään tarvittavat läpiviennit (ainakin lämpötila, ehkä ir-ledit). Tästä vaiheesta vastaa Mr. K. Alla on kuva vanhasta sukellusvalaisimen akkukotelosta, johon K tekee uuden kannen kirkkaasta akryylista.

Akryylikotelo

Vanha sotaratsu eli American Underwater Lighting -sukellusvalo saa uuden elämän RASPITIN-projektissa.

Mr. K:n kanssa alettiin myös ideoimaan jonkinlaista CTD-sondin (Conductivity, Temperature, Depth) ja ROV:n (Remotely Operated Vehicle) yhdistelmä. Tähän vehkeeseen hankittavat sensorit ovat hieman kalliimpia, ainakin, jos halutaan päästä hieman helpommalla. Suolapitoisuutta ja lämpötilaa varten tarvitaan tämä vehje ja syvyyttä mittaamaan tämä anturi. Koska kaikki hyvät projektit tarvitsevat hyvän nimen, niin olkoon tämän vehkeen työnimenä SLPV (Suolapitoisuutta, Lämpötilaa ja Painetta mittaava Vehje).

Raspitin (Raspipohjainen Totaalisen Innovatiivinen Näytteenotin)

Tuli ostettua pojalle jouluna Raspberry Pi -mikrokontrolleri sekä kaikkea sälää siihen. Kuinkas sitten kävikään? Oma raspihan se piti saada, kun oli jo valmiina alustava idea ensi kesän kursseja ajatellen; voitaisiin Saariston ekologia -kurssilla havainnoida rantavyöhykkeen elämää vuorokauden ympäri. Varaston ”sukellushistoriallisessa museossa” makaa vanha sukellusvalaisimen akryylinen akkukotelo. Se saa uuden elämän vedenalaisen tutkimuslaitteen kotelona. Alustavana ajatuksena on siis erilaisilla sensoreilla ja kameroilla havainnoida esimerkiksi sirokatkarapujen elämää jonkin saaren rannassa 24 h. Miksi? No, kursseilla on kiva puuhastella ja kokeilla jotain uutta sekä tietty kiva tehdä tiedettä. Kuka sitä tietää mitä noikin äyriäiset oikein puuhaa öisin. Sitten tässä oli sellainen pointti, että halusin itse oppia vehkeistä (sekä Pythonista, sähköhommista ja Linuxista) lisää.

Joulun jälkeen liikkeet myivät ei oota, kaikki Raspberry Pi kolmoset oli näemmä myyty loppuun koko maasta. Uuden vuoden reissulla Etelä-Suomeen sitten onnisti, Raspi löytyi kauppakeskus Ison Omenan Teknikmagasinetista. Raspi oli nyt kädessä virtalähteen ja muistikortin kanssa. Näppis, näyttö ja hiiri kiinni, kone langattomasti verkkoon ja käyttöjärjestelmän imagen imutus ja asennus. Mitä seuraavaksi? Ajattelin, että ainakin yksi kamera pitäisi olla tai mielellään kaksi. Valon määrää voisi mitata ja oikeastaan luxien mennessä tietyn raja-arvon alle skripti käskyttäisi vaihtamaan päiväkameralta pimeäkameralle. Lämpötilaa aina tarvitaan, niin ja tietty infrapunavalaistusta pimeäkameraa varten. Saapa nähdä mikä soppa tästä syntyy ja mistä tarvittavat osat löytyvät. Onneksi internet on täynnä kaikenlaisia projekteja, joista ottaa mallia. Tämä on erittäin iloinen asia etenkin kylmiltään askartelemaan lähteville. Shoppailemaan. Kiinasta löytyi osa komponenteista, Brittein saarilta jotain ja loput kotimaasta. Kiinasta, tuosta elektroniikan ihmemaasta, kun tilaa, niin täytyy varautua melko pitkiin toimitusaikoihin. Yllättäen myös Englannin lähetyksessä kesti melkein kaksi viikkoa. On tarpeen ottaa myös huomioon se, että neljä tilattua pikkuruista komponenttia voivat saapua (ja tällä kertaa saapuivat) neljänä eri pakettina.

Elektroniikkaa

Sekalaista osaa projektia varten.

Osat ovat siis saapuneet ja tutkimuslaitteen (työnimenä ”Raspitin”) konkreettinen kasaaminen pääsee alkamaan. Ai, että pitäisi opetella juottamaan? Motonetistä kolvi ja juotoslankaa, Youtubesta ohjeet miten juotetaan ja kas, luximittari sai kolvista. Ohmin-lakikin tuli palautettua mieleen ennen piipahtamista paikalliseen vastuksia myyvään putiikkiin. Tällä hetkellä projekti Raspitin on siinä vaiheessa, että kaikki anturit ja yökameran olen saanut toimimaan. Seuraavaksi pitäisi löytää toinen kamera liitettäväksi USB-väylään. Kokoonpano pitää nyt sisällään Raspberryn oman NOIR-yökameran, joka saa ”valonsa” kahdesta GPIO-pinneihin liitetystä IR-emitteristä. Alustavien kokeiluiden myötä luulen, että nämä kaksi IR-lähdettä eivät riitä tuottamaan tarpeeksi valoa ja joudun pohtimaan hieman tarkemmin tätä Raspitinin kamerakofiguraatiota. Päivitän jossain vaiheessa projektin kuulumisia ja kirjoittelen tarkemmat reseptit laitteesta.

Raspberry Pi -projekti

Alustava Raspitin (Raspipohjainen Totaalisen Innovatiivinen Näytteenotin).