Ta bezprzewodowa kamera wykorzystuje fale dźwiękowe, aby odkryć tajemnice głębin morskich

To bezbateryjne, podwodne urządzenie może wykorzystywać fale dźwiękowe do robienia zdjęć najgłębszych i najmroczniejszych tajemnic naszego oceanu. Adama Glanzmana Naukowcy z MIT zaprezentowali w poniedziałek swój prototyp fascynującej kamery podwodnej. Zamiast polegać na zasilaniu bateryjnym, to urządzenie czerpie sok z fal dźwiękowych przemieszczających się przez ocean podczas eskapad z obrazami głębinowymi. Działa nawet w najciemniejszym otoczeniu. Następnie ma możliwość bezprzewodowego przesyłania wszystkich danych fotograficznych z powrotem przez wodę w celu zrekonstruowania na komputerze. Oznacza to, że jeśli model można zwiększyć, może on popchnąć ludzkość o kilka kroków naprzód na drodze do osiągnięcia ogromnego celu: zmapowania każdego zakątka ziemskich oceanów. Chociaż powierzchnia naszej pięknej planety składa się w aż 70% z wody (przypominamy, że to nie uwzględnia głębokości), zespół badawczy szacuje, że kiedykolwiek obserwowaliśmy mniej niż 5% mórz. Mówią, że jednym z powodów takiego braku wiedzy jest to, że wykonalne aparaty podwodne są naprawdę trudne do zbudowania ze względu na ograniczenia dotyczące baterii. Po prostu działający imager w morzu nie może podróżować zbyt daleko od statku bez wyczerpania zasilania. Wyprodukowanie bardzo wytrzymałej baterii jest również kosztowne, a konieczność ponownego rozpoczynania ekspedycji za każdym razem, gdy trzeba wyjąć i naładować aparat, jest nieopłacalna czasowo. Tak więc nowo zaproponowana kamera zasilana falą dźwiękową może zmienić zasady gry dla odkrywców głębin morskich. Zgodnie z zarysem wynalazku, opublikowanym w czasopiśmie Nature Communications , urządzenie może działać przez wiele tygodni, zanim ktoś będzie musiał je podnieść, pozwalając mu zapuścić się daleko w morze za jednym zamachem. Zespół powiedział, że jest również około 100 000 razy bardziej energooszczędny niż inne kamery podwodne. „Jednym z najbardziej ekscytujących zastosowań tego aparatu, dla mnie osobiście, jest monitorowanie klimatu” – powiedział w oświadczeniu Fadel Adib, profesor nadzwyczajny na wydziale elektrotechniki i informatyki MIT. „Budujemy modele klimatyczne, ale brakuje nam danych z ponad 95 procent oceanów. Ta technologia może pomóc nam zbudować dokładniejsze modele klimatyczne i lepiej zrozumieć, w jaki sposób zmiany klimatu wpływają na podwodny świat”. Na przykład ten aparat może z łatwością rejestrować obrazy zanieczyszczenia oceanów, monitorować stan zdrowia ryb hodowanych w gospodarstwach akwakultury, w których ma miejsce komercyjna hodowla ryb , a może nawet wskazywać, w jaki sposób ewoluują siedliska morskie. W tej chwili oceany ocieplają się zbyt szybko z powodu zmian klimatu wywołanych przez człowieka , a podwodne zwierzęta są wypędzane ze swoich domów, zmuszane do przemieszczania się, a czasami zmuszane do przystosowania się znacznie szybciej, niż są w stanie znieść ich organizmy. Jako dowód zasady, ekipa badawcza przetestowała swój mechanizm, aby stworzyć kolorowe obrazy plastikowych butelek pływających w stawie w New Hampshire. Zrobili także zdjęcia afrykańskiej rozgwiazdy w tak wysokiej rozdzielczości, że można zobaczyć maleńkie guzki wzdłuż jej ramion. Ogólnie rzecz biorąc, wydaje się, że jest to solidna droga do rozwiązania zagadki podwodnej baterii. Ale być może nawet bardziej ekscytujący niż długoterminowe implikacje aparatu zespołu jest absolutnie niezwykły sposób, w jaki działa. Przekształcanie fal dźwiękowych w widoki Zasadniczo, wyjaśnił zespół, ta kamera zasilana falami dźwiękowymi wykorzystuje hałas, który już jest obecny pod powierzchnią morza. Przepływające statki, życie morskie, pływy i inne tego typu rzeczy tworzą dźwięk. Ale czym właściwie jest dźwięk? Dźwięk nie jest jakąś niematerialną siłą . Jest to raczej produkt fal przemieszczających się przez ośrodek i wibrujących to medium w super (super) skali minutowej. Medium może być powietrze, woda - naprawdę wszystko, co ma atomy . Kiedy na przykład wibracje powietrza uderzają w nasze bębenki, nasz mózg przetwarza sygnał na to, co uważamy za dźwięk. Dlatego też dźwięki rzeczy są dla nas zniekształcone, gdy jesteśmy pod wodą. Nic nie jest naprawdę „wypaczone” samo w sobie. Fale dźwiękowe po prostu inaczej wibrują cząsteczki wody. Dobrze, więc ważną częścią tego mechanizmu, dla nowego aparatu zespołu, są te wibracje. Małe urządzenie jest zamknięte w specjalnym materiale, który wytwarza sygnał elektryczny za każdym razem, gdy uderza w nie fala dźwiękowa wibrująca w wodzie. Te wibracje w istocie również je wibrują. Następnie wibracje są przekształcane z energii mechanicznej w energię elektryczną i oto mamy — stale zasilaną kamerę podwodną. Ponadto, aby sprzęt był lekki – aby aparat nie zużywał swojej mocy – zespół użył gotowych czujników obrazu i tanich lamp błyskowych, które mogą rejestrować obrazy tylko w skali szarości. Stamtąd zastosowali staroświecki sposób uzyskiwania pełnokolorowego obrazu. „Kiedy byliśmy dziećmi na zajęciach plastycznych, uczono nas, że możemy tworzyć wszystkie kolory, używając trzech podstawowych kolorów. Te same zasady dotyczą kolorowych obrazów, które widzimy na naszych komputerach. Potrzebujemy tylko czerwonego, zielonego i niebieskiego – tych trzech kanałów – - do konstruowania kolorowych obrazów” – powiedział w oświadczeniu Waleed Akbar, badacz z MIT i współautor badania. Najpierw aparat przechwytuje obraz za pomocą specjalnie dopasowanego filtra światła czerwonego LED, następnie ponownie za pomocą filtra niebieskiego i ponownie za pomocą filtra zielonego. Połączone, otrzymasz pełny obraz. Wreszcie, wszystkie dane obrazu są zakodowane w języku komputerowym, znanym również jako jedynki i zera, i oto sedno. Jest wysyłany z powrotem do odbiornika jako fale dźwiękowe. Odbiornik kamery w zasadzie przesyła własne fale dźwiękowe do kamery, a następnie kamera może albo odbijać fale z powrotem, albo całkowicie je pochłaniać. W sumie tworzy to rodzaj kodu binarnego, który mówi odbiorcy, jakie naprawdę są dane obrazu. „Cały ten proces, ponieważ wymaga tylko jednego przełącznika, aby przełączyć urządzenie ze stanu nieodblaskowego na stan odblaskowy, zużywa o pięć rzędów wielkości mniej energii niż typowe podwodne systemy komunikacyjne” – powiedział w oświadczeniu naukowiec z MIT, Sayed Saad Afzal. Na razie jednak kamera ma maksymalny zasięg transmisji tylko 40 metrów od odbiornika. Ale zespół powiedział, że chce zwiększyć zarówno ten zasięg, jak i pojemność pamięci urządzenia w przyszłości. W końcu, powiedzieli, może potencjalnie robić zdjęcia w czasie rzeczywistym, a być może nawet przesyłać strumieniowo podwodne sekrety bezpośrednio do komputera.