CyberSEES: Type 2: Towards Sustainable Aquatic Ecosystems: A New Adaptive Sampling and Data-Enabled Monitoring and Modeling Framework

Cyber​​SEES:类型 2:迈向可持续水生生态系统:新的自适应采样和数据支持的监测和建模框架

基本信息

  • 批准号:
    1331852
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 80万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-10-01 至 2016-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Exploiting advances in underwater robotics, sensor networks, signal processing, and biophysical modeling, the goal of this award is to create a novel paradigm for monitoring and understanding aquatic ecosystems and thus enable sustainable management of water resources. In this paradigm, schools of autonomous gliding robotic fish adaptively sample the water environment. The collected measurements are used to reconstruct high-resolution data fields with advanced multidimensional signal processing algorithms. The reconstructed data fields, along with the data samples, facilitate the monitoring of aquatic ecosystems and enable high-fidelity, mechanistic modeling of the underlying biophysical processes for accurate forecast. The objectives of this award include addressing fundamental problems at the interfaces between the building blocks of the paradigm, and demonstrating a proof of concept for the latter. Specifically, five highly integrated research thrusts are pursued: (1) developing path-planning and control algorithms for the robots to realize information-driven, energy-efficient sampling, (2) developing robust communication protocols and effective in-network parameter-estimation algorithms, (3) establishing tensor sparsification-based frameworks for data-field reconstruction using limited data samples, (4) exploiting reconstructed data fields and network-estimated sub-models to create accurate mechanistic models, and (5) evaluating and demonstrating the integrative paradigm in the monitoring and prediction of Harmful Algal Blooms. This award is expected to result in a new, holistic framework for monitoring, understanding, and managing freshwater and marine environments, with a myriad of applications in oil spill response, ecosystem monitoring, and drinking water safety, to name a few. The project provides interdisciplinary training opportunities for students, including those from underrepresented groups. Robotic fish demos, museum exhibits, and teacher-training activities are offered to engage K-12 students, teachers, and the public, and to pique their interest in science and engineering. Besides the dissemination of research findings through conference presentations, publications, and workshops, commercialization of the developed technologies is pursued to facilitate their practical adoption.
利用水下机器人、传感器网络、信号处理和生物物理建模方面的进步,该奖项的目标是为监测和理解水生生态系统创造一个新的范例,从而实现水资源的可持续管理。在这个范例中,自主滑翔机器鱼群自适应地对水环境进行采样。所收集的测量数据被用来重建高分辨率的数据场与先进的多维信号处理算法。重建的数据字段沿着数据样本有助于监测水生生态系统,并能够对潜在的生物物理过程进行高保真的机械建模,以进行准确的预测。该奖项的目标包括解决范式构建块之间接口的基本问题,并展示后者的概念证明。具体而言,五个高度综合的研究重点是追求:(1)为机器人开发路径规划和控制算法,以实现信息驱动的节能采样,(2)开发鲁棒的通信协议和有效的网络内参数估计算法,(3)建立基于张量稀疏化的框架,用于使用有限的数据样本进行数据场重建,(4)利用重构的数据场和网络估计的子模型来创建精确的机理模型;(5)评估和展示有害藻类水华监测和预测的集成范式。该奖项预计将产生一个新的,全面的框架,用于监测,理解和管理淡水和海洋环境,并在溢油反应,生态系统监测和饮用水安全等方面有大量应用。该项目为学生,包括代表性不足群体的学生提供跨学科培训机会。机器鱼演示,博物馆展览和教师培训活动提供参与K-12学生,教师和公众,并激起他们对科学和工程的兴趣。除了通过会议报告、出版物和讲习班传播研究成果外,还努力使开发的技术商业化,以促进其实际采用。

项目成果

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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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Xiaobo Tan其他文献

Diatomological mapping of water bodies in Chongqing section of the Yangtze River and Jialing River
长江、嘉陵江重庆段水体硅藻土测绘
  • DOI:
    10.1007/s00414-020-02297-x
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Li Zhang;Qianyun Nie;Yalei Dai;Shisheng Zhu;Jinbao Wang;Wei Wang;Xiaobo Tan;Peng Zhang;Jianbo Li
  • 通讯作者:
    Jianbo Li
Evolutionary Design and Experimental Validation of a Flexible Caudal Fin for Robotic Fish
机器鱼柔性尾鳍的进化设计和实验验证
  • DOI:
    10.7551/978-0-262-31050-5-ch043
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    A. Clark;Jared M. Moore;Jianxun Wang;Xiaobo Tan;P. McKinley
  • 通讯作者:
    P. McKinley
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软机电一体化:一种新兴的设计范例,用于本质上兼容的机电系统概念
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    G. Berselli;Xiaobo Tan;R. Vertechy
  • 通讯作者:
    R. Vertechy
Characterization and modeling of humidity-dependence of IPMC sensing dynamics
IPMC 传感动态湿度依赖性的表征和建模
  • DOI:
    10.1117/12.2010612
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    ChaiYong Lim;Hong Lei;Xiaobo Tan
  • 通讯作者:
    Xiaobo Tan
Cycle-to-cycle response of ionic polymer-metal composite materials subject to pulsing flow-induced stimulus
脉冲流诱导刺激下离子聚合物-金属复合材料的周期响应

Xiaobo Tan的其他文献

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I-Corps: Autonomous Aquabots for Water Main Inspections
I-Corps:用于水管检查的自主 Aquabot
  • 批准号:
    2345478
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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  • 批准号:
    2237577
  • 财政年份:
    2023
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NRT-HDR:WaterCube:大数据水科学促进可持续发展和公平
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    2244164
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    2023
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合作研究:FW-HTF-P:通过人机集成有效检查不可清管的管道
  • 批准号:
    2222635
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Standard Grant
S&AS: INT: COLLAB: Goal-driven Marine Autonomy with Application to Fisheries Science and Management
S
  • 批准号:
    1848945
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 80万
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    Standard Grant
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  • 批准号:
    1715714
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CPS: Synergy: Tracking Fish Movement with a School of Gliding Robotic Fish
CPS:协同作用:用一群滑翔机器鱼跟踪鱼的运动
  • 批准号:
    1446793
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Novel Vanadium Dioxide-based Self-Sensing Microactuators: Modeling, Control, and Application to Micromanipulation
新型二氧化钒基自传感微执行器:建模、控制及其在微操作中的应用
  • 批准号:
    1301243
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Standard Grant
RI: Small: Collaborative Research: Bio-inspired Collaborative Sensing with Novel Gliding Robotic Fish
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  • 批准号:
    1319602
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
AIR Option 1: Technology Translation: Gliding Robotic Fish for Long-duration Sensing in Aquatic Environments
AIR选项1:技术转化:滑翔机器鱼在水生环境中进行长时间传感
  • 批准号:
    1343413
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

铋基邻近双金属位点Type B异质结光热催化合成氨机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
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智能型Type-I光敏分子构效设计及其抗耐药性感染研究
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    22207024
  • 批准年份:
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  • 批准号:
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    0.0 万元
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  • 批准号:
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  • 批准号:
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C2H2-type锌指蛋白在香菇采后组织软化进程中的作用机制研究
  • 批准号:
    32102053
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血管阻断型Type-I光敏剂合成及其三阴性乳腺癌光诊疗
  • 批准号:
    62120106002
  • 批准年份:
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  • 项目类别:
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  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
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  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

Collaborative Research: DESC: Type I: Towards Reduce- and Reuse-based Design of VLSI Systems with Heterogeneous Integration
合作研究:DESC:类型 I:采用异构集成实现基于缩减和重用的 VLSI 系统设计
  • 批准号:
    2324946
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Towards a biophysical model of human cortical neurophysiological signatures that incorporates cellular and cell type biophysics, transcriptomics, and morphology
建立人类皮质神经生理学特征的生物物理模型,该模型融合了细胞和细胞类型生物物理学、转录组学和形态学
  • 批准号:
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  • 资助金额:
    $ 80万
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DESC: Type I: Towards Greener AI Computing: Designing and Managing Sustainable Heterogeneous Edge Data Centers
DESC:类型 I:迈向更绿色的人工智能计算:设计和管理可持续的异构边缘数据中心
  • 批准号:
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    2023
  • 资助金额:
    $ 80万
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Collaborative Research: DESC: Type I: Towards Reduce- and Reuse-based Design of VLSI Systems with Heterogeneous Integration
合作研究:DESC:类型 I:采用异构集成实现基于缩减和重用的 VLSI 系统设计
  • 批准号:
    2324945
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    2023
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Fabrication of n-type halide perovskite thin films towards energy harvesting
用于能量收集的n型卤化物钙钛矿薄膜的制备
  • 批准号:
    22K04187
  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 80万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Research towards a better understanding of logit type models with fixed effects
更好地理解具有固定效应的 Logit 类型模型的研究
  • 批准号:
    2116630
  • 财政年份:
    2021
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Diversity Supplement - Formulation to Generate Tolerance Towards Type 1 Diabetes
多样性补充剂 - 产生对 1 型糖尿病耐受性的配方
  • 批准号:
    10560761
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
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    10436981
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 80万
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MICA: Towards clinical trial readiness of gene therapy for Niemann-Pick disease type c
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  • 批准号:
    MR/T044853/1
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 80万
  • 项目类别:
    Research Grant
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知道了