保育合作：為龜類研究而生的技術
Translated by Sibbie Li 李曉詩, Edited by Mei Chan 陳美恩
Colaborar por la conservación: tecnología para tortugas
Translated and edited by María Teresa NEGREROS AMAYA
I have spent much of my life breaking things. I remember being ten years old and trying to fix my bike. Instead of fixing it, I made it worse. Luckily my dad was there to help me fix it, and I learned more about how it worked. This pattern has continued into my adult life, including in my career as an engineer. The great thing about breaking things is that I learn from the experience, and end up with valuable knowledge that helps me in future projects. I have now realized that the most important step in learning to use technology is to overcome the fear and intimidation that naturally come with new technology. The best way to overcome fear is with knowledge, especially when another experienced person can help you. This is the mindset I present to my students and colleagues working as the “in-house” engineer with the Office of Service-Learning at Lingnan University. This office connects students with opportunities to do service projects or entrepreneurship activities inside and outside the classroom, many of which involve technology. My job is to use my technological knowledge to guide any technology-related projects and connect participants with the resources to meet their project goals.
Brian with a bike he has not broken (yet), and teaching workshops at the Office of Service-Learning
Currently I am also sharing my expertise and mindset about technology with researchers in the Science Unit at Lingnan. Dr. Sung and his student, Vincent Chan, had the idea to use accelerometers to study turtle conservation. Accelerometers measure how quickly an object changes its speed or direction. Using data from an accelerometer, you can estimate how an object is moving. Dr. Sung and Mr. Chan’s objective is to use the accelerometers to measure how turtles move in their natural habitats over a few weeks. With this data they will determine how much energy the turtles spent in their daily life doing things such as hunting. Studying animal energy using accelerometers is a common practice in zoology, but the commercially available accelerometers cost hundreds of US dollars. Knowing that I was an engineer, Dr. Sung asked me if it was possible for them to build their own accelerometers for a lower cost. My background is in aerospace engineering and robotics, a field where accelerometers are a common tool for tracking the movements of robots or airplanes. The parts cost a tenth of a commercially available unit, and there are many welcoming communities online that make instructions for beginners. With this information we decided to team up to work to create a low-cost accelerometer for turtles.
From left to right: Brian KATONA, Dr. Yik Hei SUNG and Mr. Wing Sing CHAN
Just like with my students, my first task was to determine exactly what Dr. Sung and Mr Chan wanted to do. I asked them for the details of what these accelerometers would need to do: How long does the battery need to last? What is the maximum size and weight? How much data will it need to store? In engineering language, these details are called “requirements”. Once I had the requirements, I helped them identify the parts they would need, such as a battery, computer memory and a computer processor to process the data. This was where the first challenge came up. Since this species of turtle is relatively small, the accelerometers needed to be lightweight, less than 15 grams. Fortunately, modern accelerometers are small, and I managed to find an accelerometer, computer processor and SD card package that fit their requirements and weighed only two grams, about the same as two paper clips. However, Dr. Sung and Mr. Chan needed the battery to last for three weeks. In order to use a small, light battery we would have to find a way to reduce the amount of energy the accelerometer used. By working together to adjust how often the data was collected, we were able to reduce the energy usage enough to use a lightweight battery. A big help for me as the engineer was learning about the turtles they study and seeing live ones in the lab. It gave me an even better sense of the difficult environment in which our accelerometers would need to operate.
From left to right: computer memory and a computer processor , battery included, first trial using plastic tubing. © Brian KATONA
The turtles’ home in the wild brought a major challenge to the project. Since turtles live in and around water and rocks, we needed to protect the accelerometers from the water. Just like how our cell phones could get ruined by the rain or water on the beach, the accelerometers would be destroyed if they were exposed to too much water. We needed a waterproof container for the accelerometer that was small, but durable enough that it would not break if the turtles scraped against rocks. I found some researchers in the US who solved a similar problem when putting accelerometers on sharks! We followed the procedure they put on their blog, where they made a case using plastic tubing that seals when it is heated, like many plastic food packages. However, when we finished our version, it was too big, and we were worried it would not be durable enough. Working in the lab one day with a turtle, Mr. Chan and I figured out that we could simply use a plastic bag covered in a waterproof coating called epoxy to make a waterproof case that was easier to make and weighed much less.
From left to right: Accelerometer covered with the epoxy © B. KATONA, placement of the accelerometer © B. KATONA, turtle ready to be tested in the wild © V. CHAN.
In October, the researchers tested our home-made accelerometers in four wild turtles. Out of those four, they have retrieved three after a month to collect the movement data from the accelerometers. They are now analyzing that data to learn more about what the turtles do when we are not watching. It is very exciting to know that by working together with people from another background, we were able to produce a project that none of us would have been able to do by ourselves. By respecting each other’s expertise and relying on each other’s strengths, we are pushing the limits of both biology and engineering to create something new for both fields. And most importantly, this project’s success will benefit a vulnerable turtle population in Hong Kong.
Follow this link if you want to learn how to make the accelerometers your self!
About the Author: Brian M. KATONA did his undergraduate degree in mathematics at Kent State University, Ohio, USA. He earned his Masters degree in the Department of Aeronautics and Astronautics at the University of Washington, Seattle, USA. He is currently a Project Officer at the Office of Service Learning at Lingnan University. This is not the first time he collaborates with biologists. His wife is also a biologist. So they spend a lot of time outside in nature.
保育合作：為龜類研究而生的技術
Translated by Sibbie Li 李曉詩, Edited by Mei Chan 陳美恩
我的人生都在不停地「搞破壞」。記得我十歲時嘗試去修理自己的單車，卻把它弄得更破爛。幸好，我的父親幫我修理好它，而我就從旁學習。這種模式一直持續到我長大成人，亦套用到我的工程師生涯當中。破壞物件的妙處在於，我可以從經驗中學習，並獲得寶貴的知識，而這些知識對我將來的研究項目亦有所幫助。現在，我明白到要學習運用技術，最重要的是克服新技術所帶來的恐懼。而知識，是克服恐懼的良方，尤其是有經驗人士幫助你的話，更應該放膽學習。這就是我在學生和同事面前所展現的心態。我是嶺南大學服務研習處的一名「內部」工程師，這裏為學生提供機會，去參與校內外的服務計劃或創業活動，當中好常涉及到科技。而我的工作就是利用我技術上的知識，指導與科技有關的項目，並為參加者提供資源，以達到他們的項目目標。
Brain帶著一輛（暫時）完好的單車，在服務研習處舉辦研討會。
現在，我還與嶺南科學教研組的研究人員，分享我技術上的專業知識和想法。宋博士和他的學生陳永昇 (Vincent) 想利用加速計來研究龜的保育。加速計可用來測量物體的速度或方向的變化，透過它所收集的數據，就可估算物體的活動狀況。宋博士和Vincent希望使用加速計來測量龜隻於自然棲息地的活動，為期數週。借助這些數據，他們可確定龜隻在日常活動中（例如獵食）消耗了多少能量。在動物學中，使用加速計來研究動物的能量消耗十分常見，但是市售的加速計價錢卻要數百美元。宋博士知道我是個工程師，便問我有沒有可能以較低的成本建造一個屬於自己的加速計。我的專業是航空太空工程學和機器人學，在這些領域裏，加速計是追蹤機器人或飛機的常用工具。而製作加速計所需零件的成本，只需市售的十分之一，網上更有許多熱心的團體為初學者提供製作指南。因此，我們決定攜手合作，為龜群保育創建一個低成本的加速計。
由左到右：Brian KATONA、宋亦希博士、陳永昇先生
就像對著我的學生一樣，我先確認宋博士和Vincent的研究想要做甚麼，對加速計有甚麼要求，從而考慮電池的耐用度、尺寸和重量的上限，以及數據容量。用工程學的語言來說，這些細節稱為「需求」。當我得知需求後，便幫他們找出所需的零件，例如電池、電腦記憶體，以及用來處理數據的電腦處理器。就在這個時候，第一個挑戰出現了。由於這個品種的龜隻體積相對較小，因此我們需要設計出輕巧的加速計，不多於15克。慶幸現代的加速計體積細小，我成功找到符合要求的加速計，加上電腦處理器和SD卡，總重量只有2克，大約等於兩個萬字夾的重量。但是，宋博士和Vincent希望加速計的電池能夠有三星期的續航力。為了使用更小巧、輕便的電池，我們必須找個方法來減少加速計的能源消耗。我們合力調整了加速計收集數據的頻率，成功減少了它耗用的能源，從而可以配置一個更為輕型的電池。對我這名工程師而言，可以認識他們正在研究的龜類，並在實驗室親眼看到活龜，讓我更好地了解究竟我們的加速計是要在怎樣的一個艱難環境中運作，實在幫助不少。
由左到右：電腦記憶體和處理器、連接上電池、首次塑膠管試用 版權所有 © Brian KATONA
龜群的野生居所為項目帶來了重大挑戰。因為龜隻在水裏和岩石附近生活，所以我們需要設計防水的加速計。就像我們的手機會被雨水或海水弄壞一樣，如果加速計接觸到過量的水同樣會變壞。因此，我們需要為加速計配備一個小型但耐用的防水容器，以免被龜隻刮擦岩石時弄壞。我發現有些美國的研究人員成功解決了類似的問題，不過他們是將加速計放在鯊魚的身上！我們按照他們發佈在部落格上的程序，先用塑膠管製成一個套，然後將兩端加熱，套便會封口，原理就像塑膠類的食物包裝一樣。但當製成品面世時，我們發現它太大了，亦擔心它不夠耐用。於是，我和Vincent待在實驗室一整天，利用一隻龜進行多翻試驗，最後想到可以純粹使用一種稱為環氧樹脂 (epoxy) 的防水塗層，把它覆蓋在塑料袋上，成為一個防水套。這個製作方法更容易，當中使用到的物料亦更輕。
由左到右：加上環氧樹脂塗層的加速計 版權所有© B. KATONA、放置加速計 版權所有© B. KATONA、準備好放置到野外進行測試的龜隻 版權所有© V. CHAN
十月時，研究人員將自製加速計放置到四隻野生龜身上進行測試。一個月後，他們找回了其中三隻，收集加速計中的活動數據。他們正在進行分析，以了解更多我們看不見的龜隻活動。這次合作讓我體會到與不同背景的人一同努力，就能製作出我們任何一方都無法獨自完成的項目，叫人相當興奮。我們尊重彼此的專業知識，並依賴每一位的能力，不斷嘗試超越生物學和工程學的極限，為這兩個領域創造新的事物。最重要的是，這個項目的成功將會讓香港的瀕危龜群有所得益。
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作者簡介：Brian在美國俄亥俄州的肯特州立大學修讀了數學學士學位課程，然後在美國西雅圖的華盛頓大學獲得了航空航天系碩士學位，現時為嶺南大學服務研習處的項目主任。這並不是他第一次與生物學家合作，他的妻子也是一名生物學家，所以他們經常出外親親大自然。
Colaborar por la conservación: tecnología para tortugas
Translated and edited by María Teresa NEGREROS AMAYA
Una de las tareas más populares de nuestros teléfonos es ayudarnos a llegar a lugares, pero ¿Cuál es la relación que puede existir entre la tecnología que nos indica cómo llegar a un lugar desconocido y la preservación de las tortugas? Aquí explicamos todo
He pasado gran parte de mi vida rompiendo cosas. Recuerdo cuando tenía 10 años y trataba de arreglar mi bicicleta, en lugar de arreglarla, la descomponía. Afortunadamente mi papá estaba ahí para ayudarme a repararla y enseñarme más acerca de cómo funcionaba. Este patrón ha continuado a lo largo de mi vida adulta, incluso en mi carrera como ingeniero. Lo bueno de romper cosas es que aprendo de la experiencia y termino con conocimiento valioso que me ayuda en mis proyectos futuros. Ahora me doy cuenta de que el paso más importante para aprender a utilizar la tecnología es superar el miedo e intimidación que naturalmente implica la nueva tecnología.
La mejor manera de dominar el miedo es con conocimiento, especialmente cuando otra persona experimentada puede ayudarte. Esta es la mentalidad que presento a mis estudiantes y colegas en mi trabajo como ingeniero en la Oficina de Aprendizaje para el Servicio en la Universidad de Lingnan. Esta oficina provee a los estudiantes con oportunidades para hacer proyectos de servicio o actividades de emprendimiento dentro y fuera del aula, muchas de las cuales incluyen tecnología. Mi trabajo consiste en utilizar mi conocimiento para guiar cualquier proyecto relacionado con tecnología y conectar a los participantes con los recursos para completar los objetivos de sus proyectos.
Brian con una bicicleta que no ha roto (aún), y dando un taller en la Oficina de Aprendizaje para el Servicio
Actualmente también estoy compartiendo mis habilidades y mi mentalidad acerca de la tecnología con investigadores en la Unidad de Ciencias de Lingnan. El doctor Sung y su estudiante, Vincent Chan, tuvieron la idea de usar acelerómetros para estudiar la conservación de tortugas. Los acelerómetros miden la rapidez con que un objeto cambia su velocidad o dirección. Con dicha información, puedes estimar cuánto se mueve un objeto. El objetivo del doctor Sung y Vincent Chan es usar los para medir cuánto se mueven las tortugas en sus hábitats naturales durante algunas semanas. Con estos datos ellos determinarán cuánta energía gastan las tortugas en su vida diaria, mientras hacen cosas como cazar.
En la zoología, el estudio del uso de la energía de los animales utilizando acelerómetros es una práctica común, pero los dispositivos comerciales disponibles cuestan cientos de dólares estadounidenses. Al saber que soy ingeniero, el doctor Sung preguntó si sería posible construir sus propios dispositivos a un menor costo. El área de conocimientos donde me especializo es la ingeniería aeroespacial y robótica; en este campo los acelerómetros son una herramienta muy común para el rastreo del movimiento de robots o aviones. Las piezas para armar un acelerómetro cuestan una décima del costo de las unidades comerciales disponibles, y hay muchas comunidades en línea que publican instrucciones para principiantes. Con esta información decidimos trabajar en equipo para crear dichos instrumentos para las tortugas a menor costo.
De derecha a izquierda: Brian KATONA, el doctor Yik Hei SUNG y el señor Wing Sing CHAN
Del mismo modo que lo hacen mis estudiantes, mi primera tarea fue determinar qué era exactamente lo que el doctor Sung y Vincent Chan querían hacer. Les pedí los detalles de lo que los acelerómetros necesitaban: cuánto debía durar la batería, el tamaño máximo, el peso y cuántos datos necesitaban almacenar. En el lenguaje de ingeniería estos detalles son conocidos como “requerimientos”; una vez reunidos dichos requerimientos, les ayudé a identificar las piezas que necesitaban tales como una batería, una memoria de computadora, y un procesador para analizar datos.
Aquí surgió el primer reto. Ya que las especies de tortugas a estudiar son relativamente pequeñas, los dispositivos necesitaban ser livianos, con un peso menor de 15 gramos. Afortunadamente, los acelerómetros modernos son pequeños, y me las arreglé para encontrar uno junto con un procesador de computadora y un lector de memoria SD que se ajustaba a sus requisitos y pesaba sólo dos gramos, aproximadamente lo mismo que dos clips. Pero, el doctor Sung y Vincent Chan necesitaban que la batería durara tres semanas. Con el fin de utilizar una batería ligera, había que encontrar una forma de reducir el uso de energía de los dispositivos. Al trabajar juntos ajustando la frecuencia con que se recolectaban los datos, pudimos reducir el uso de energía lo suficiente para usar una batería con poco peso. Una gran ayuda para mí, como ingeniero, fue aprender acerca de las tortugas que ellos estudiaban y verlas vivas en el laboratorio. Esto me dio una idea más aproximada de la dificultad del ambiente en el que tendrían que funcionar los acelerómetros.
De izquierda a derecha: memoria de computadora y procesador de computadora, batería incluida, primera prueba utilizando un tubo de plástico. © Brian KATONA
El hábitat de las tortugas implicó un gran desafío para el proyecto; puesto que estas viven en el agua en arroyos rocosos, había que proteger los acelerómetros. Así como nuestros teléfonos pueden estropearse por la lluvia o el agua en la playa, los dispositivos podrían dañarse al tener contacto con demasiada agua. Necesitábamos un recipiente impermeable que fuera pequeño, pero lo suficientemente resistente para que no se rompiera si las tortugas chocaban con las rocas. ¡Encontré que algunos investigadores en Estados Unidos resolvieron un problema similar cuando pusieron acelerómetros en tiburones! Seguimos el procedimiento que mencionan en su blog, donde hicieron un estuche de plástico que sella cuando se calienta, como muchos empaques de plástico para alimentos. A pesar de todo, cuando terminamos nuestra versión era demasiado grande y nos preocupaba que no fuera lo suficientemente duradera. Un día trabajando en el laboratorio con una tortuga, Vincent Chan y yo nos dimos cuenta que podíamos simplemente utilizar una bolsa de plástico cubierta con una capa de resina a prueba de agua llamada epoxy. Así ingeniamos una funda impermeable más sencilla de fabricar y con mucho menos peso.
De izquierda a derecha: Un acelerómetro cubierto con la resina epoxy © B. KATONA, colocación del acelerómetro en la tortuga © B. KATONA, tortuga lista para ser probada en la naturaleza © V. CHAN.
En octubre los investigadores probaron nuestros acelerómetros caseros en cuatro tortugas silvestres. De los cuatro acelerómetros, han recuperado tres después de un mes de recolectar los datos del movimiento. Ahora analizan la información recolectada para aprender más acerca de qué es lo que hacen las tortugas cuando no las vemos. Es emocionante saber que al trabajar junto con personas que tienen otro tipo de experiencia, podemos producir proyectos que ninguno de nosotros hubiera podido hacer por cuenta propia. Al respetar la especialización de cada uno y confiar en dichas fortalezas, hemos superado los límites de la biología y la ingeniería para crear algo nuevo para ambos campos. Y lo más importante, el éxito de este proyecto beneficiará a una población vulnerable de tortugas en Hong Kong.
Sigue este link si quieres aprender los detalles técnicos sobre cómo hacer un acelerador tú mismo!
Acerca del autor: Brian M. KATONA estudió la licenciatura en matemáticas en la Universidad Estatal de Kent, Ohio, Estados Unidos. Obtuvo su maestría en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica en la Universidad de Washington, Seattle, en Estados Unidos. Actualmente es oficial de proyectos en la Oficina de Aprendizaje para el Servicio en la Universidad de Lingnan. Esta no es la primera vez que colabora con biólogos. Su esposa también es bióloga, así que pasa gran parte de su tiempo al aire libre, en la naturaleza.
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