Această cameră subacvatică funcționează fără fir, fără baterii

Mărește / Inginerii MIT au construit o cameră subacvatică fără fir, fără baterie, care ar putea ajuta oamenii de știință să exploreze regiuni necunoscute ale oceanului, să urmărească poluarea sau să monitorizeze efectele schimbărilor climatice.

Adam Glanzman

Potrivit unui hârtie nouă publicat în revista Nature Communications. Sistemul poate face fotografii color ale obiectelor scufundate îndepărtate, chiar și în medii întunecate, și poate transmite datele fără fir pentru monitorizarea în timp real a mediilor subacvatice, ajutând la descoperirea de noi specii rare sau la monitorizarea curenților oceanici, a poluării sau a operațiunilor comerciale și militare. .

Avem deja o varietate de metode pentru a realiza imagini subacvatice, dar conform autorilor, „majoritatea organismelor oceanice și marine nu au fost încă observate”. Acest lucru se datorează parțial deoarece majoritatea metodelor existente necesită legarea la nave, drone subacvatice sau centrale electrice pentru energie și comunicare. Metodele care nu folosesc o conexiune trebuie să includă puterea bateriei, ceea ce limitează durata de viață a acestora. Deși, în principiu, este posibil să colectați energie din valurile oceanului, curenții subacvatici sau chiar lumina soarelui, adăugarea echipamentului necesar pentru a face acest lucru ar avea ca rezultat o cameră subacvatică mult mai voluminoasă și mai scumpă.

Prin urmare, echipa MIT și-a propus să dezvolte o soluție pentru o metodă de imagistică fără fir, fără baterie. Scopul de proiectare a fost de a minimiza hardware-ul necesar cât mai mult posibil. Deoarece doreau să mențină consumul de energie la un nivel minim, de exemplu, echipa MIT a folosit senzori de imagistică ieftini de la fabricație. Schimbul este că acești senzori produc doar imagini în tonuri de gri. Echipa a trebuit, de asemenea, să dezvolte un blitz de putere redusă, deoarece majoritatea mediilor subacvatice nu primesc multă lumină naturală.

READ  Acțiunile din Toronto plutesc în jurul valorii de plată; Dye & Durham privind prețul de achiziție modificat al Link
Prezentare generală a modului în care funcționează sistemul de imagine subacvatic cu backscatter.
Mărește / Prezentare generală a modului în care funcționează sistemul de imagine subacvatic cu backscatter.

SS Afzal și colab., 2022

Soluția la ambele provocări s-a dovedit a include LED-uri roșii, verzi și albastre. Camera folosește LED-ul roșu pentru iluminarea in situ și captează acea imagine cu senzorii săi, apoi repetă procesul cu LED-urile verzi și albastre. Imaginea poate apărea alb-negru, conform autorilor, dar toate cele trei culori de lumină de la LED-uri sunt reflectate în porțiunea albă a fiecărei imagini. Astfel, o imagine color poate fi reconstruită în timpul post-procesării.

„Când eram copii la ora de artă, am fost învățați că putem crea orice culoare folosind trei culori de bază.” a spus coautorul Fadel Adib. „Aceleași reguli se aplică imaginilor color pe care le vedem pe computerele noastre. Avem nevoie doar de roșu, verde și albastru, acele trei canale, pentru a construi imagini color”.

În loc de o baterie, senzorul se bazează pe backscatter piezoacustic pentru o comunicare de putere ultra-scăzută după ce datele de imagine au fost codificate în biți. Această metodă nu trebuie să genereze propriul semnal acustic (ca și în cazul sonarului, de exemplu), bazându-se în schimb pe modularea reflexiilor sunetelor subacvatice incidente pentru a transmite datele câte un bit. Aceste date sunt preluate de un receptor de la distanță capabil să recupereze modelele modulate, iar informațiile binare sunt apoi folosite pentru a reconstrui imaginea. Autorii estimează că camera lor subacvatică este de aproximativ 100.000 de ori mai eficientă din punct de vedere energetic decât omologii săi și ar putea funcționa câteva săptămâni.

Desigur, echipa a construit un prototip de dovadă a conceptului și a efectuat teste pentru a demonstra că metoda lor a funcționat. De exemplu, ei și-au imaginat poluarea (sub formă de sticle de plastic) în Keyser Pond din sud-estul New Hampshire, precum și o stea de mare africană (Protoreaster lincklii) într-un „mediu controlat cu iluminare exterioară”. Rezoluția acestei ultime imagini a fost suficient de bună pentru a surprinde diferiții tuberculi de-a lungul celor cinci brațe ale stelei de mare.

READ  Chromebook 101: Cum să personalizați desktopul Chromebookului
Exemple de imagini obținute utilizând imagini subacvatice cu backscatter.
Mărește / Exemple de imagini obținute utilizând imagini subacvatice cu backscatter.

SS. Afzal și colab., 2022

Echipa a putut, de asemenea, să folosească camera wireless subacvatică pentru a monitoriza creșterea unei plante acvatice (Aponogeton ulvaceus) pe parcursul mai multor zile și să detecteze și să localizeze balize vizuale utilizate adesea pentru urmărirea subacvatică și manipularea robotică. Camera a atins rate de detecție ridicate și o precizie ridicată a locației până la o distanță de aproximativ 3,5 metri (aproximativ 11,5 picioare); autorii sugerează că ar putea fi atinse intervale de detecție mai lungi cu senzori cu rezoluție mai mare. Distanța este, de asemenea, un factor în captarea energiei și capabilitățile de comunicare ale camerei, conform testelor efectuate în râul Charles din estul Massachusetts. După cum era de așteptat, ambele capacități critice scad odată cu distanța, deși camera a reușit să transmită date la 40 de metri (131 ft) de la receptor.

Pe scurt, „natura fără fir, ieftină și complet integrată a metodei noastre o face o abordare de dorit pentru desfășurarea masivă a oceanelor”, au scris autorii. Extinderea abordării lor necesită traductoare mai sofisticate și mai eficiente, precum și transmisii acustice subacvatice de putere mai mare. Este posibil ca rețelele existente de geamanduri de pe suprafața oceanului sau rețelele de roboți subacvatici, cum ar fi plutitorii Argo, să poată fi folosite și pentru a alimenta de la distanță camerele de colectare a energiei.

„Una dintre cele mai interesante aplicații ale acestei camere pentru mine personal este în contextul monitorizării climatului.” spune Adib. „Construim modele climatice, dar ne lipsesc date pentru mai mult de 95% din ocean. Această tehnologie ne-ar putea ajuta să construim modele climatice mai precise și să înțelegem mai bine impactul schimbărilor climatice asupra lumii subacvatice.”

READ  Telefoanele Pixel primesc în mod implicit un nou ton de apel și sunete de alarmă

DOI: Nature Communications, 2022. 10.1038/s41467-022-33223-x (Despre DOI).

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *