我负责野外机器人实验室(FRL)。我们设计和建造自由游泳的海洋机器人，以及新型的生态生理学传感器和系统。我一直很喜欢海洋生态学和生物力学，因为它们是跨学科的。受肯·塞本斯(Ken Sebens)和已故的史蒂文·沃格尔(Steven Vogel)和汤姆·麦克马洪(Tom McMahon)的启发，我喜欢提出需要新技术才能找到答案的问题。认真学习科学史的学生知道，这通常是科学进步的方式:新的仪器带来新的见解，往往会催生整个学科，而不是相反。

在过去的二十年里，我们的实验室一直在开发自主水下航行器(auv)，这是一种自由游泳的机器人，它可以以优于以前的方法(如拖曳身体或将仪器放在船边)的方式调查底部和水柱。我们使用auv进行了新的发现，例如珊瑚礁上空低氧的相干结构，南极磷虾群如何出现在高频侧扫描声纳上，以及如何使用神经网络处理从它们的侧扫描声纳图像中识别鱼类。这最后一个区域将成为渔业资源调查的新工具，NOAA正在为此目的使用我们的一辆车。我们的团队相信auv是海洋学最近最重要的技术进步。

我们的实验室拥有海洋机器人领域的专利(US 5,995,882)和使用机器学习来解释水下图像(US 7,221,621)。最初的Fetch AUV目前保持着连续运行时间最长的水下航行器的记录。目前，我们正致力于:1)设计一个深海自主飞行器群，可以在空间站持续数月，并使用一种全新的AUV设计方法，带着物理样本返回数千英里的海岸;2)探索生物启发的自主性(从各种各样的生物，如salps，鱿鱼，海绵，鱼类，海洋哺乳动物和爬行动物)如何提高AUV的强大智能和扩展部署性能。3)与加拿大蓝色科技初创企业海洋诊断公司(Ocean Diagnostics)合作，将用于检测微塑料的新型传感器集成到auv中;4)开发方法，以阻止恐怖分子在港口和港口滥用无人水下系统。

无脊椎动物(海绵、刺胞动物、乌贼)、植物(大型藻类、向日葵、海草)和鱼类的物理生物学是我们实验室研究的另一个领域。代谢异速是我们将化学工程理论应用于水生无脊椎动物和藻类的一个领域。与文献中出现的“普遍比例定律”的预测相反，这些分类群不遵循代谢率与体重的3/4次方比例。相反，它们表现出多种比例指数，为此，我们根据流体传输和质量传递的第一性原理，以及群体生活的影响，开发了一种预测理论。

这种“流量调制异速测量”模型已经在我们的实验室和饱和潜水水下实验室进行了广泛的测试。自1984年以来，我们一直利用饱和的水下栖息地对珊瑚及其盟友进行原位研究。利用这些独特的内部空间站，提供了时间来进行复杂的实验，我们研究了珊瑚礁在漂白期间如何通过改变它们的光生物学和应激蛋白的表达来应对水运动。我们的实验室最近开发了两种珊瑚的胃血管系统的预测电网络模型，穿孔珊瑚(广泛的管道连接珊瑚虫)和无穿孔珊瑚(珊瑚虫不直接连接)。这个模型将帮助我们了解珊瑚如何应对环境压力，包括全球变暖和海洋酸化造成的压力。我们还利用网络科学在当地、区域和全球尺度上调查珊瑚-共生体协会的恢复力和稳健性，以此来了解这些脆弱而强大的生态系统的脆弱性。

帕特森教授是由科学学院和哈佛大学联合任命的工程学院．