Инженеры MIT создали беспроводную подводную камеру без батарей

По оценкам ученых, более 95 процентов океанов Земли никогда не наблюдались, а это значит, что мы видели меньше океанов нашей планеты, чем обратную сторону Луны или поверхность Марса.

Высокая стоимость питания подводной камеры в течение длительного времени, путем привязки ее к исследовательскому судну или отправки судна для подзарядки батарей, является серьезной проблемой, препятствующей широкомасштабным исследованиям под водой.

Научные специалисты из Массачусетского технологического института сделали важный шаг к преодолению этой проблемы, разработав беспроводную подводную камеру без батарей, которая примерно в 100 000 раз более энергоэффективна, чем другие подводные камеры. Устройство делает цветные фотографии даже в темных подводных условиях и передает данные изображения по беспроводной сети через воду.

Автономная камера питается от звука. Она преобразует механическую энергию звуковых волн, проходящих через воду, в электрическую энергию, которая питает оборудование для обработки изображений и связи. После захвата и кодирования данных изображения камера также использует звуковые волны для передачи данных на приемник,  восстанавливающих изображение.

Поскольку ей не нужен источник питания, камера может работать неделями подряд, прежде чем ее извлекут, что позволит ученым искать новые виды в отдаленных частях океана. Устройство также можно использовать для получения изображений загрязнения океана или мониторинга здоровья и роста рыбы, выращиваемой на аквакультурных фермах.

“Лично для меня одно из самых интересных применений этой камеры — в контексте мониторинга климата. Мы строим климатические модели, но нам не хватает данных о более чем 95 процентах океана. Эта технология может помочь нам создавать более точные климатические модели и лучше понимать, как изменение климата влияет на подводный мир ”, — отмечает Фадель Адиб, доцент кафедры электротехники и компьютерных наук, директор группы кинетики сигналов в MIT Media Lab и старший автор статьи.

К работе Adib присоединились соавторы и научные сотрудники Signal Kinetics Group Сайед Саад Афзал, Валид Акбар и Осви Родригес, а также научный сотрудник Унсу Ха и бывшие исследователи группы Марио Думет и Реза Гаффаривардава. Статья опубликована в Nature Communications.

Чтобы создать камеру, которая могла бы работать автономно в течение длительного времени, исследователям понадобилось устройство, которое могло бы собирать энергию под водой самостоятельно, потребляя при этом очень мало энергии.

Камера получает энергию с помощью датчиков, изготовленных из пьезоэлектрических материалов, которые размещены вокруг нее снаружи. Пьезоэлектрические материалы генерируют электрический сигнал, когда к ним прикладывается механическая сила. Когда звуковая волна, проходящая через воду, попадает на датчики, они вибрируют и преобразуют механическую энергию в электрическую.

Эти звуковые волны могут исходить из любого источника, например, от проходящего корабля или морских обитателей. Камера накапливает собранную энергию до тех пор, пока ее не накопится достаточно для питания электроники, которая делает фотографии и передает данные.

Чтобы снизить энергопотребление настолько, насколько это возможно, исследователи использовали готовые датчики изображения со сверхнизким энергопотреблением. Но эти датчики фиксируют только изображения в оттенках серого. А поскольку в большинстве подводных сред отсутствует источник света, им также потребовалась маломощная вспышка.

“Мы пытались максимально сократить аппаратное обеспечение, и это создает новые ограничения на то, как строить систему, отправлять информацию и выполнять реконструкцию изображений. Потребовалось немало творчества, чтобы понять, как это сделать ”, — рассказывает Адиб.

Они решили обе проблемы одновременно, используя красные, зеленые и синие светодиоды. Когда камера делает снимок, она загорается красным светодиодом, а затем использует датчики изображения для съемки. Он повторяет тот же процесс с зелеными и синими светодиодами.

Акбар объясняет, что, хотя изображение выглядит черно-белым, красный, зеленый и синий цвета отражаются в белой части каждой фотографии. Когда данные изображения объединяются в постобработке, цветное изображение может быть восстановлено.

Эксклюзивный перевод*

Фото: Адам Гланцман

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Ученые определили диету, замедляющую старение мозга

263 Эксперимент позволил определить, какие питательные вещества замедляют снижение когнитивных способностей, и оказалось, что этот …