Hanggal működtetett kamera kutathatja a tengereket

Hanggal működtetett kamera kutathatja a tengereket

2022. november 23. 16:15, Szerda
A mélytengerek kutatása vezetékre kötött szondákkal körülményes, az akkumulátorokat pedig rendszeresen tölteni kell.

A Föld felszínének valamivel több mint 70 százalékát óceánok borítják. Az a tény, hogy az óceánok mélyéről kevesebbet tudunk, mint a Hold túlsó oldaláról számtalan sci-fi elbeszélés témája, de valójában kevés a valóságalapja. A mélytengerre ez még ma is igaz lehet, hiszen becslések szerint az ott élő egzotikus élőlényeknek csak mintegy harmadát ismerjük. A mélytengeri élőlények ismerete azonban az éghajlatváltozás következményeinek felméréséhez is kulcsfontosságú, amint azt a bolygó múltjából vett példák is mutatják. Az óceánkutatás azonban erőforrás-igényes és költséges.

Az MIT kutatócsoportja a valós idejű, hosszú távú tenger alatti megfigyelések nehézségével foglalkozik és a mai vezetékes rendszereket nevezte meg akadályként. A probléma megoldására a csapat egy olyan vezeték nélküli, kizárólag hanggal működő, akkumulátor nélküli víz alatti kamerát fejlesztett ki, amely forradalmasíthatja a tengerkutatást. A Nature Communications című folyóiratban bemutatott eszköz 100 000-szer energiatakarékosabban működik, mint a kutatásban eddig használt víz alatti kamerák.

Az új készülék egy képérzékelőt és az elektronikát tartalmazó központi elemből, valamint a vakuegységből áll, talán legszembetűnőbb jellemzője pedig az akkumulátor hiánya. Ehelyett a hang szolgál energiaforrásként. A víz jobban átadja a hangot, mint a levegő és még az ember által létrehozott hangforrásokon kívül is elegendő energia kering az óceánban ahhoz, hogy olyan elektronikus eszközöket működtessen, mint az újonnan megalkotott kamera.


A hang elektromossággá alakításához a kutatócsoport a piezoelektromosságra támaszkodott. Ez utóbbi bizonyos kristályok, például a kvarc tulajdonsága: különleges kémiai szerkezetüknek köszönhetően elektromos feszültséggel reagálnak a nyomásra. Ezt az energiát addig gyűjtik, amíg elegendő nem lesz egy fotó elkészítéséhez és elküldéséhez. Az új fejlesztés különlegessége, hogy az óceánban uralkodó gyenge fényviszonyok között is képes színes képeket készíteni, bár a képérzékelő az energiatakarékosság érdekében csak fekete-fehér képeket tesz lehetővé. "Amikor gyerekként művészeti órákra jártunk, azt tanultuk, hogy három alapszínből minden színt elő lehet állítani" - jelentette ki Fadel Adib, a tanulmány egyik szerzője, aki szerint ugyanez igaz a számítógépes képekre is. A most javasolt megoldás három különböző LED villogót használ piros, zöld és kék színben. A fényképezőgép tehát valójában három képet készít gyors egymásutánban, amelyeket egyetlen színes képpé egyesít. Ez a mélyben lévő teljes sötétség miatt lehetséges.

A vezeték nélküli kutatási szondák esetében azonban felmerül a kérdés, hogy hogyan továbbítsák a képeket. A csapat itt is teljesen új megközelítést alkalmazott. A képek adatait szintén hang segítségével, bitről bitre továbbítják. Az energiatakarékosság érdekében azonban a hangforrás nem a kamerán, hanem a vevőegységen van elhelyezve. A vevő hangimpulzusokat küld és a kamerán lévő tükör ezeket visszaveri vagy elnyeli. A vevő képes rekonstruálni az információt a kamera visszaverődési mintázatából. "Ez az eljárás öt nagyságrenddel kevesebb energiát fogyaszt, mint a tipikus víz alatti kommunikációs rendszerek, mivel csak egyetlen kapcsoló szükséges ahhoz, hogy az eszközt a nem tükröző állapotból a tükröző állapotba alakítsuk át" - magyarázta Sayed Saad Afzal.


A csapat különböző felszíni vizekben tesztelte az új megoldást és sikeresen demonstrálni tudta annak működőképességét. Az adatátvitelt eddig csak 40 méteres hatótávolságig tesztelték. A következő lépés az lesz, hogy megnézik, hogyan lehet ezt az értéket növelni. Ezenkívül a kamera olyan memóriát kap, amely lehetővé teszi a videók rögzítését. Fadel Adib, az MIT professzora és a Signal Cinetics csoport vezetője közölte, hogy az új fejlesztés legfontosabb alkalmazási területe az éghajlatkutatás. "Klímamodelleket készítünk, de az óceán több mint 95 százalékáról nincsenek adataink. Ez a technológia segíthet pontosabb éghajlati modelleket készíteni, és jobban megérthetjük, hogyan hat az éghajlatváltozás a víz alatti világra" - hangsúlyozta a szakember.

Listázás a fórumban 
Adatvédelmi beállítások