Auf der Fahrt durch das kanadische Eisbärenland in einem Tundra-Buggy – im Wesentlichen ein Monstertruck, der die Fahrer sicher von Wildtieren fernhält – durchkämmte ein BYU-Engineering-Capstone-Team die Landschaft mit scharfen Augen. Als sie endlich ihren ersten Eisbären des Tages entdeckten, schickten sie begeistert seine GPS-Koordinaten an den Helikopter darüber. (Der Eisbär, der ein Nickerchen machte, blieb von ihrem Anblick unberührt.)
Einen Bären in dem weiten Gelände zu lokalisieren war schwierig gewesen, aber die eigentliche Arbeit der Studenten würde an der BYU beginnen, wo sie feststellen würden, ob sie denselben Eisbären wieder sehen könnten, diesmal auf den Radarbildern, die vom Hubschrauber aufgenommen wurden. Ihr Ziel war es herauszufinden, ob Radar die Bären oberirdisch verfolgen kann. Wenn dies der Fall ist, würde die Arbeit des Teams einen bedeutenden Fortschritt in der Fähigkeit der Wissenschaftler darstellen, Eisbärenmütter im Winter zu verfolgen, wenn sie ihre Jungen unter der dichten Schneedecke verstecken und gebären. Das Auffinden und Schützen von Bärenhöhlen ist wichtig für die Naturschutzbemühungen.
„Eisbären sind zum Symbol für den Klimawandel geworden, und mit einem Blick auf die Tafel haben Biologen eine erschreckende Geschichte über die Zukunft dieser Bären zusammengestellt“, sagte Tom Smith, Professor für Pflanzen- und Wildtierwissenschaften an der BYU. Smith ist Mitglied des Beirats des Sponsors des Schlusssteinteams, Polar Bears International, einer Gruppe mit Sitz in Churchill, Kanada, die sich dafür einsetzt, das Überleben der Eisbären in der Arktis zu sichern. „Wir wollen etwas tun, um diesen Niedergang aufzuhalten. Die Studenten bringen die Fähigkeiten mit, die wir brauchen, um diese neue Technologie, das Radar mit synthetischer Apertur (SAR), auszuprobieren.“
SAR bietet eine Alternative zu Infrarot, der derzeitigen Methode zur Identifizierung von Höhlen, die oft ineffektiv ist, weil die Bären so gut isoliert sind, dass ihre Wärme die Schneedecke nicht durchdringen kann. Die Theorie hinter SAR ist, dass Radar mit langen Wellenlängen den Schnee durchdringt und eine „Signatur“ eines Eisbären zurücksendet – Daten, die mathematisch verarbeitet werden können, um ein Bild von dem zu enthüllen, was sich unter der Oberfläche befindet.
Die Studenten hofften, dass die oberirdischen Radarbilder, die sie in Churchill sammelten, später als Leitfaden verwendet werden könnten, um durch den Schnee zu sehen und Eisbären auf den aufgenommenen Bildern zu identifizieren. Sie arbeiteten unter der Leitung von Smith, dem Elektro- und Computertechnik-Professor David Long und der Maschinenbau-Professorin Terri Bateman, ihrem Schlussstein-Trainer.
„Es war erstaunlich zu sehen, wie diese großen Eisbären einfach in ihrem Lebensraum herumlaufen und darauf warten, dass sich das Meereis bildet, damit sie jagen können“, sagte der Ingenieurstudent Lucas Stock. „Das ist eine Erfahrung, die ich wahrscheinlich nie wieder machen werde. Ich glaube, viele meiner Freunde sind an dieser Stelle genervt, wie sehr ich Eisbären aufhebe.“
BYU und Polar Bears International zählen Eisbären mit einem Radar mit synthetischer Apertur. Video produziert von BYU University Communications in Zusammenarbeit mit PBI und Handcraft Creative. Credit: Produzentin Julie Walker, Editor Adam Sanders, Assistant Editors Barret Schoenrock und Matt Mitchell; Filmmaterial mit freundlicher Genehmigung von PBI
Bevor es in die Tundra-Buggys stieg, hatte das Team Helikopter-Flugrouten über Gebieten mit hoher Bärendichte entworfen. Für jeden der 21 Bären, die sie sahen, gaben die BYU-Studenten die Koordinaten an die Studenten der Simon Fraser University im Hubschrauber weiter, die dann mehrmals über den Bären flogen, um Radarbilder und Kamerafotos aufzunehmen.
Zurück auf dem Campus arbeitete Stock mit seinen Kommilitonen McKay Formica, Brent George und Nicholas Hilke zusammen, um über tausend Bilder zu verarbeiten und zu analysieren, Bären auf Fotos zu identifizieren und zu versuchen, sie hellen Flecken in den entsprechenden Graustufen-Radarbildern zuzuordnen. „Wir verbringen viel Zeit damit zu entscheiden, ob das ein Stein ist? Ist das ein Bär?“ sagte Stock.
Das Experiment war eine Lektion in Geduld und Ausdauer. „Wir waren uns nicht sicher, ob das Radar überhaupt einen Eisbären auf den Bildern zeigen würde“, sagte Bateman. „Die Schüler hatten Schwierigkeiten, herauszufinden, wie sie die Bilder analysieren sollten, und sie waren oft frustriert, aber sie gaben nicht auf. Sie lernten, wie man Signaturen von Eisbären findet, und es war beeindruckend.“
Am Ende konnten die Schüler sechs Eisbären bestimmen, was Stock als Erfolg wertete. „Mit unseren Ergebnissen sind wir optimistisch, dass Sie eine Bärensignatur finden können, aber es bedarf weiterer Tests, was für zukünftige Projekte spannend ist.“
Die Schüler wenden ihr neues Wissen an, indem sie ihre Erkenntnisse mit Polar Bears International teilen und einen Aufsatz für eine mögliche Veröffentlichung in einer Ingenieur- oder Wildtierzeitschrift schreiben. Sie werden auch ihre zukünftige Karriere mit einer breiteren Perspektive angehen.
„Früher war mein Bild von Ingenieursarbeit nur in einem Labor zu sitzen und an einem Computer zu arbeiten“, sagte Stock. „Aber in diesem Projekt haben wir mit den Biowissenschaften gearbeitet und gelernt, dass Ingenieurwissenschaften wirklich interdisziplinär sind. Es war inspirierend zu sehen, wie all die verschiedenen Menschen zusammenkamen, um zu versuchen, die Welt zu verbessern, und es hat mich dazu gebracht, mich nach verschiedenen Möglichkeiten umzusehen, wie ich meine verwenden kann Ingenieurskunst.“