Această cameră subacvatică funcționează fără fir, fără baterii

Inginerii MIT au construit o cameră subacvatică fără fir, fără baterie, capabilă să acumuleze energie singură, în timp ce consumă foarte puțină energie, potrivit hârtie nouă Publicat în Nature Communications. Sistemul poate captura de la distanță imagini color ale obiectelor scufundate – chiar și în locuri întunecate – și poate transmite date fără fir pentru monitorizarea în timp real a mediilor subacvatice, ajutând la descoperirea de noi specii rare, la monitorizarea curenților oceanici, a poluării sau a operațiunilor comerciale și militare. .

Avem deja diferite moduri de a face poze sub apă, dar, potrivit autorilor, „majoritatea creaturilor marine și oceanice nu au fost încă observate”. Acest lucru se datorează parțial pentru că majoritatea metodelor actuale necesită ca acestea să fie conectate la nave, drone subacvatice sau centrale electrice atât pentru energie, cât și pentru comunicații. Acele metode care nu folosesc tethering trebuie să includă puterea bateriei, ceea ce îi limitează durata de viață. 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 mare și mai scumpă.

Așadar, 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 reduce 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 pe raft. Schimbul este că acești senzori produc doar imagini în tonuri de gri. Echipa a trebuit să dezvolte și un bliț de putere redusă, deoarece majoritatea mediilor subacvatice nu primesc multă lumină naturală.

Se pare că soluția la ambele provocări implică LED-uri roșii, verzi și albastre. Camera folosește un LED roșu pentru a ilumina locația și captează acea imagine cu senzorii săi, apoi repetă procesul cu LED-urile verzi și albastre. Imaginea poate arăta alb-negru, spun autorii, dar cele trei culori de lumină de la LED-uri sunt reflectate în porțiunea albă a fiecărei imagini. Deci, o imagine colorată poate fi reconstruită în timpul post-procesării.

„Când eram copii la ora de artă, am fost învățați că putem face toate culorile folosind trei culori primare.” Coautorul Fadel Adeeb a spus:. „Urmează aceleași reguli pentru imaginile color pe care le vedem pe computerele noastre. Avem nevoie doar de roșu, verde și albastru – aceste trei canale – pentru a crea imagini color”.

În loc de o baterie, senzorul se bazează pe retrodifuzarea acustică piezo pentru comunicații de foarte mică putere după ce datele imaginii sunt codificate ca biți. Această metodă nu are nevoie să-și genereze propriul semnal audio (ca în cazul sonarului, de exemplu), ci se bazează în schimb pe modularea reflexiilor sunetelor subacvatice pentru a transmite date câte un bit. Aceste date sunt captate de un receptor de la distanță capabil să recupereze modelele modificate, iar apoi informațiile binare sunt 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 poate funcționa săptămâni la rând.

Desigur, echipa a construit un prototip de dovadă a conceptului și a efectuat câteva teste pentru a demonstra că metoda lor a funcționat. De exemplu, au fotografiat poluarea (sub formă de sticle de plastic) la Keyser Pond din sud-estul New Hampshire, precum și stea de mare africană (Protorster Linkley) într-un „mediu controlat cu iluminat exterior”. Rezoluția ultimei imagini a fost suficient de bună pentru a surprinde diferiții tuberculi de-a lungul celor cinci brațe ale stelei de mare.

Echipa a putut folosi, de asemenea, camera wireless subacvatică pentru a monitoriza creșterea unei plante acvatice (Aponogeton ulvaceus) timp de câteva zile, detectarea și localizarea etichetelor vizuale utilizate adesea pentru urmărirea subacvatică și procesarea automată. Camera a atins rate de detecție ridicate și o precizie ridicată de localizare până la o distanță de aproximativ 3,5 metri (aproximativ 11 picioare și jumătate); Autorii sugerează că se pot obține 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 la râul Charles din estul Massachusetts. După cum era de așteptat, aceste două capacități vitale se diminuează odată cu distanța, deși camera transmite cu succes date până la 40 de metri (131 de picioare) de la receptor.

În rezumat, autorii scriu: „Natura nerestricționată, ieftină și complet integrată a metodei noastre o face o abordare dezirabilă a dispersărilor masive din oceane”. Extinderea abordării lor necesită traductoare mai avansate și mai eficiente, precum și transmisii acustice subacvatice de putere mai mare. De asemenea, este posibil să se poată profita de rețelele existente de geamanduri de suprafață oceanică sau de rețelele de roboți subacvatici, cum ar fi geamanduri Argo, pentru a opera camere de colectare a energiei de la distanță.

„Una dintre cele mai interesante aplicații ale acestei camere pentru mine personal este în contextul monitorizării climatului.” spuse Adeeb. „Construim modele climatice, dar ne lipsesc date de la peste 95% din ocean. Această tehnologie ne poate ajuta să construim modele climatice mai precise și să înțelegem mai bine modul în care schimbările climatice afectează lumea subacvatică”.

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