Высокая стоимость питания подводной камеры в течение длительного времени, путем ее привязки к исследовательскому судну или отправки корабля для перезарядки батарей, является серьезной проблемой, препятствующей широкомасштабным подводным исследованиям.
Исследователи Массачусетского технологического института предприняли важный шаг для решения этой проблемы, разработав безбатарейную беспроводную подводную камеру, которая примерно в 100 000 раз более энергоэффективна, чем другие подводные камеры. Устройство делает цветные фотографии даже в темноте под водой и передает данные изображения по беспроводной сети через воду.
Автономная камера работает от звука. Он преобразует механическую энергию звуковых волн, проходящих через воду, в электрическую энергию, питающую его оборудование для обработки изображений и связи. После захвата и кодирования данных изображения камера также использует звуковые волны для передачи данных на приемник, который реконструирует изображение.
Поскольку ей не нужен источник питания, камера может работать неделями, прежде чем ее извлекут. Ее также можно использовать для съемки загрязнения океана или наблюдения за ростом рыбы, выращиваемой на аквакультурных фермах.
«Одно из самых интересных применений этой камеры лично для меня - в контексте мониторинга климата. Мы строим климатические модели, но нам не хватает данных о более чем 95 процентах океана. Эта технология может помочь нам построить более точные климатические модели и лучше понять, как изменение климата влияет на подводный мир», — говорит Фадель Адиб, доцент кафедры электротехники и компьютерных наук и директор группы Signal Kinetics в MIT Media Lab.
Камера получает энергию с помощью преобразователей, изготовленных из пьезоэлектрических материалов, которые размещены вокруг ее внешней поверхности. Пьезоэлектрические материалы производят электрический сигнал при приложении к ним механической силы. Когда звуковая волна, проходящая через воду, попадает на преобразователи, они вибрируют и преобразуют эту механическую энергию в электрическую.
Чтобы максимально снизить энергопотребление, исследователи использовали готовые датчики изображения со сверхнизким энергопотреблением. Но эти датчики фиксируют только изображения в градациях серого. А поскольку в большинстве подводных сред отсутствует источник света, им также необходимо было разработать маломощную вспышку.
«Мы пытались максимально минимизировать аппаратное обеспечение, и это создает новые ограничения на то, как построить систему, отправить информацию и выполнить реконструкцию изображения. Потребовалось немало творчества, чтобы понять, как это сделать», — говорит Адиб.
Они решили обе проблемы одновременно, используя красный, зеленый и синий светодиоды. Когда камера захватывает изображение, она загорается красным светодиодом, а затем использует датчики изображения, чтобы сделать снимок. Тот же процесс повторяется с зеленым и синим светодиодами.
Как только данные изображения захвачены, они кодируются как биты (1 и 0) и отправляются приемнику по одному биту за раз с использованием процесса, называемого подводным обратным рассеянием. Приемник передает звуковые волны через воду на камеру, которая действует как зеркало, отражающее эти волны. Камера либо отражает волну обратно к приемнику, либо меняет свое зеркало на поглотитель, чтобы она не отражалась обратно.
Гидрофон рядом с передатчиком определяет, отражается ли сигнал от камеры. Если он получает сигнал, это бит-1, а если сигнала нет, это бит-0. Система использует эту двоичную информацию для реконструкции и последующей обработки изображения.
Теперь, когда они продемонстрировали работающий прототип, исследователи планируют усовершенствовать устройство, чтобы его можно было использовать в реальных условиях. Они хотят увеличить объем памяти камеры, чтобы она могла делать фотографии в режиме реального времени, транслировать изображения и даже снимать подводное видео.
Они также хотят расширить диапазон камеры. Они успешно передавали данные на расстоянии 40 метров от приемника, но расширение этого диапазона позволило бы использовать камеру в более подводных условиях.
Сподобалася стаття! Підтримай проект BuildingTech!
50% коштів іде на закупівлю спорядження для ЗСУ!
Фотозвіт - https://www.facebook.com/BuildingTech1
Дякуємо всім за допомогу!
PrivatBank:
UAH - 4149 4993 7451 0947
USD - 4149 4993 7451 0988
EUR - 4149 4993 7451 1002
