Изпращането на роувъри до Марс и космически кораби до най-отдалечените части на Слънчевата система вече е нещо съвсем обичайно и това ни радва, защото означава, че учените непрекъснато разширяват границите на изследването. Но без да забравяме заслугите на тези забележителни постижения, е лесно да изпуснем от поглед факта, че има цял един извънземен свят, който чака да бъде изследван тук, на Земята - скритият свят на океаните.
Цели 95 % от световните океани остават некартографирани, ненаблюдавани и неизследвани. Тъй като не можем да защитим това, което не познаваме, само около 7% от световните океани са обявени за морски защитени зони.
Нещата може да останат така още дълго време, като се имат предвид трудностите и огромните разходи, свързани с изследването на океаните, освен ако не разработим икономически ефективни решения за подводно наблюдение - и някои изследователи от Масачузетския технологичен институт смятат, че са направили точно това, от което се нуждаем.
В ново проучване изследователите от Масачузетския технологичен институт (MIT) демонстрират нова подводна камера, която е около 100 000 пъти по-енергийно ефективна от всяка друга подводна камера. Тя няма никакви кабели към източник на захранване, нито пък батерия. Вместо това камерата се захранва изцяло от звук - подводна акустична енергия, генерирана от преминаващи кораби, морски обитатели и всичко, което може да създава вълни.
Тъй като не се нуждае от външно захранване, устройството може да работи в продължение на седмици или дори месеци, преди да се наложи да бъде извадено, и по този начин може да достигне до недостъпни кътчета на океаните, които в момента не са изследвани.
Камерата прави пълноцветни снимки дори в тъмна подводна среда. След това ги изпраща обратно към приемник през водата с помощта на звукови вълни.
"Едно от най-вълнуващите приложения на тази камера за мен лично е в контекста на мониторинга на климата. Ние изграждаме климатични модели, но ни липсват данни от над 95 % от океана. Тази технология може да ни помогне да изградим по-точни климатични модели и да разберем по-добре как климатичните промени влияят на подводния свят", казва в изявление Фадел Адиб (Fadel Adib), доцент в катедрата по електротехника и компютърни науки и ръководител на групата "Сигнална кинетика" в лабораторията на MIT Media Lab.
Фадел Адиб (вляво), доцент в катедрата по електротехника и компютърни науки и ръководител на групата Signal Kinetics в лабораторията на MIT Media Lab, и научният сътрудник Уалид Акбар. Кредит: Adam Glanzman.
Без батерия
За да генерира енергия, камерата използва пиезоелектрически преобразуватели, които превръщат механичната енергия в електричество. Много други устройства използват пиезоелектричеството. Например, когато говорите в микрофона на телефона си, пиезокристалите превръщат звуковата енергия в гласа ви в електрически сигнали, които се предават от телекомуникационната мрежа или широколентовия достъп за комуникация.
Но генерираната енергия не е много голяма, така че изследователите от Масачузетския технологичен институт трябва да сведат потреблението на енергия до минимум. Те използват сензори за изображения със свръхниска консумация на енергия, които заснемат изображения единствено в сива гама. Този компромис на практика се оказва особено проблемен под водата, където няма много светлина.
Предизвикателството е преодоляно чрез едновременно използване на червени, зелени и сини светодиоди. Когато камерата прави снимка, тя прави три отделни снимки за всяка светодиодна светлина. Когато трите изображения се комбинират при последваща обработка, може да се възстанови пълноцветно изображение.
"Когато бяхме деца в часовете по изобразително изкуство, ни учеха, че можем да направим всички цветове с помощта на три основни цвята. Същите правила следват и за цветните изображения, които виждаме на нашите компютри. Нуждаем се само от червено, зелено и синьо - тези три канала - за да конструираме цветни изображения", обяснява съавторът Уалид Акбар (Waleed Akbar).
Изпращане на данни със звук
За да изпрати направените снимки към външния свят, камерата изпраща данните за изображението, кодирани като битове от 1 и 0, към приемник, използващ подводно обратно разсейване. Начинът, по който работи, е, че приемникът постоянно излъчва звукови вълни през водата към устройството на камерата, което отразява тези вълни обратно. Камерата може да превключва между поглъщане и отразяване на звуковите вълни - две състояния, които съответстват на 0 и 1 в цифровите битове.
"Целият този процес, тъй като изисква само един превключвател за преобразуване на устройството от неотразяващо в отразяващо състояние, консумира пет порядъка по-малко енергия от типичните подводни комуникационни системи", посочва Саид Саад Афзал (Sayed Saad Afzal), научен сътрудник и съавтор на изобретението.
Досега по време на тестовете камерата е направила снимки с висока резолюция на африканска морска звезда с ясно видими малки туберкули, на пластмасови бутилки, плаващи в езеро в Ню Хемпшир, и дори е наблюдавала растежа на подводно растение, наречено Aponogeton ulvaceus, в продължение на цяла седмица.
Следващите цели на изследователите са да увеличат паметта на камерата, за да може тя да предава видео в реално време, и да увеличат обхвата. В момента прототипът на подводната безжична камера може да предава данни на разстояние до 40 метра от приемника. С увеличаването на този обхват камерата ще може да се движи по-далеч и по-дълбоко под водата.
Справка:
Afzal, S.S., Akbar, W., Rodriguez, O. et al. Battery-free wireless imaging of underwater environments. Nat Commun 13, 5546 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33223-x
Източник: MIT engineers build a battery-free, wireless underwater camera, MIT
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари