27 ноября, 2022

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Эта подводная камера работает по беспроводной сети без батареек.

Увеличить / Инженеры Массачусетского технологического института создали беспроводную подводную камеру без батареек, которая может помочь ученым исследовать неизвестные районы океана, отслеживать загрязнение или наблюдать за последствиями изменения климата.

Адам Гланцманн

Инженеры Массачусетского технологического института создали беспроводную подводную камеру без батареи, способную самостоятельно накапливать энергию при очень небольшом потреблении энергии. новая бумага Опубликовано в Nature Communications. Система может удаленно получать цветные изображения подводных объектов — даже в темных местах — и передавать данные по беспроводной сети для мониторинга подводной среды в режиме реального времени, помогая в обнаружении новых редких видов, мониторинге океанских течений, загрязнения или коммерческих и военных операций. .

У нас уже есть разные способы фотографирования под водой, но, по словам авторов, «большинство морских и океанских существ еще не наблюдалось». Отчасти это связано с тем, что большинство современных методов требуют их подключения к кораблям, подводным дронам или электростанциям как для питания, так и для связи. Те методы, которые не используют привязку, должны включать питание от батареи, что ограничивает срок ее службы. Хотя в принципе можно получать энергию океанских волн, подводных течений или даже солнечного света, добавление необходимого для этого оборудования привело бы к созданию гораздо более крупной и дорогой подводной камеры.

Поэтому команда Массачусетского технологического института приступила к разработке решения для метода беспроводной визуализации без батареи. Цель разработки состояла в том, чтобы максимально уменьшить необходимое аппаратное обеспечение. Например, поскольку они хотели свести энергопотребление к минимуму, команда Массачусетского технологического института использовала дешевые стандартные датчики изображения. Компромисс заключается в том, что эти датчики производят только изображения в градациях серого. Команде также необходимо было разработать маломощную вспышку, поскольку в большинстве подводных сред не так много естественного света.

READ  Событие Apple: 14 сентября анонсирован «California Streaming», ожидается выход iPhone 13 и Apple Watch Series 7
Обзор того, как работает система визуализации подводного прыжка.
Увеличить / Обзор того, как работает система визуализации подводного прыжка.

СС Афзал и др., 2022 г.

Оказывается, для решения обеих задач используются красные, зеленые и синие светодиоды. Камера использует красный светодиод для освещения местоположения и захватывает это изображение своими датчиками, а затем повторяет процесс с зеленым и синим светодиодами. По словам авторов, изображение может выглядеть черно-белым, но три цвета света светодиодов отражаются в белой части каждого изображения. Таким образом, полноцветное изображение может быть восстановлено во время постобработки.

«Когда мы были детьми в художественном классе, нас учили, что мы можем получить все цвета, используя три основных цвета», Соавтор Фадель Адиб сказал:. «Он следует тем же правилам для цветных изображений, которые мы видим на наших компьютерах. Нам нужны только красный, зеленый и синий — эти три канала — для создания цветных изображений».

Вместо батареи датчик использует обратное пьезоакустическое рассеяние для связи с очень низким энергопотреблением после кодирования данных изображения в виде битов. Этот метод не требует генерации собственного звукового сигнала (как, например, в случае с гидролокатором), а вместо этого основан на модуляции отражений подводных звуков для передачи данных по одному биту за раз. Эти данные захватываются удаленным приемником, способным извлекать измененные шаблоны, а затем двоичная информация используется для восстановления изображения. По оценкам авторов, их подводная камера примерно в 100 000 раз более энергоэффективна, чем ее аналоги, и может работать неделями.

Естественно, команда создала прототип для проверки концепции и провела несколько тестов, чтобы доказать, что их метод работает. Например, они сфотографировали загрязнение (в виде пластиковых бутылок) у пруда Кейзер на юго-востоке Нью-Гэмпшира, а также сфотографировали африканскую морскую звезду (Проторстер Линкли) в «контролируемой среде с наружным освещением». Разрешение последнего изображения было достаточно хорошим, чтобы запечатлеть различные бугорки вдоль пяти щупалец морской звезды.

READ  По словам директора по программному обеспечению Apple, загрузка неопубликованных приложений - лучший друг киберпреступников.
Примеры изображений, полученных с помощью подводного обратного рассеяния.
Увеличить / Примеры изображений, полученных с помощью подводного обратного рассеяния.

SS. Бест и др., 2022 г.

Команда также смогла использовать беспроводную подводную камеру для наблюдения за ростом водного растения (Апоногетон ульвацеус) в течение нескольких дней, обнаруживая и определяя местонахождение визуальных меток, часто используемых для подводного отслеживания и автоматизированной обработки. Камера достигла высокой скорости обнаружения и высокой точности локализации на расстоянии около 3,5 метров (около 11 с половиной футов); Авторы предполагают, что с датчиками с более высоким разрешением можно достичь большей дальности обнаружения. Согласно результатам испытаний, проведенных на реке Чарльз в восточном Массачусетсе, расстояние также является фактором, влияющим на возможности камеры по сбору энергии и связи. Как и ожидалось, эти две жизненно важные возможности уменьшаются с расстоянием, хотя камере удалось передать данные на расстояние до 40 метров (131 фут) от приемника.

Подводя итог, авторы пишут: «Неограниченный, недорогой и полностью интегрированный характер нашего метода делает его желательным подходом к массовому рассеиванию в океане». Для расширения масштабов их подхода требуются более совершенные и эффективные преобразователи, а также более мощные подводные акустические передачи. Также возможно, что можно было бы использовать преимущества существующих ячеистых сетей буев на поверхности океана или сетей подводных роботов, таких как буи Арго, для удаленного управления камерами, собирающими энергию.

«Одно из самых захватывающих применений этой камеры лично для меня — в контексте мониторинга климата», Адиб сказал. «Мы создаем 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».

READ  GameStop представит новые консоли для распродажи в магазине 23 декабря.

DOI: Nature Communications, 2022. 10.1038/с41467-022-33223-х (О DOI).