Više od 95 posto Zemljinih oceana nikad nije vizualno promatrano, što znači da smo vidjeli manje Zemljinih oceana nego što je površina tamne strane Mjeseca ili površina Marsa, procjenjuju znanstvenici. Visoki troškovi dugotrajnog napajanja podvodnih kamera veliki su izazov koji sprječava široko istraživanje podmorja.
Znanstvenici s MIT-a napravili su veliki korak u prevladavanju tog problema razvojem bežične podvodne kamere bez baterije, koja je oko 100.000 puta energetski učinkovitija od tradicionalnih podvodnih kamera. Uređaj snima fotografije u boji, čak iu mračnim podvodnim okruženjima i bežično prenosi te podatke na površinu.
Autonomna kamera koju su razili znanstvenici s MIT-a napaja se zvukom, odnosno pretvara mehaničku energiju zvučnih valova koji putuju kroz vodu u električnu energiju koja pokreće njegovu opremu za snimanje i komunikaciju. Nakon snimanja i kodiranja slikovnih podataka, kamera također koristi zvučne valove za prijenos podataka do prijemnika na površini koji rekonstruira sliku.
Budući da ne treba izvor energije, kamera bi mogla raditi tjednima u oceanskim dubinama, omogućujući znanstvenicima da traže nove vrste u njihovim dubokim i najdubljim dijelovima. Ta se kamera također može koristiti za snimanje slika onečišćenja oceana ili za praćenje zdravlja i rasta riba koje se uzgajaju.
Meni osobno jedna od najuzbudljivijih primjena ove kamere je u kontekstu praćenja klime. Gradimo klimatske modele, ali nedostaju nam podaci iz više od 95 posto oceana. Ova bi nam tehnologija mogla pomoći da izgradimo točnije klimatske modele i bolje razumijemo kako klimatske promjene utječu na podvodni svijet, kaže Fadel Adib, izvanredni profesor na Odjelu za elektrotehniku i računarstvo i direktor grupe Signal Kinetics u MIT Media Labu te stariji autor istraživanja vezanog za tu novu tehnologiju, koje je objavljeno u znanstvenom časopisu Nature Communications.
Rad bez baterije
Kako bi napravili kameru koja bi mogla raditi autonomno dulje vrijeme, znanstvenicima je bio potreban uređaj koji bi mogao sam skupljati energiju pod vodom, a da pritom troši vrlo malo energije. Kamera znanstvenika s MIT-ja dobiva energiju pomoću pretvarača izrađenih od piezoelektričnih materijala, koji se nalaze oko njezine vanjske strane. Piezoelektrični materijali proizvode električni signal kada se na njih primijeni mehanička sila.
Kad zvučni val koji putuje kroz vodu pogodi pretvarače, oni vibriraju i pretvaraju tu mehaničku energiju u električnu. Ti zvučni valovi mogu doći iz bilo kojeg izvora, poput broda u prolazu ili morskog života. Kamera zatim pohranjuje prikupljenu energiju sve dok je ne nakupi dovoljno za napajanje elektronike koja snima fotografije i prenosi podatke.
Kako bi potrošnja energije bila što je moguće niža, istraživači su upotrijebili gotove slikovne senzore ultra male snage, no ti senzori hvataju samo slike u sivim tonovima. A budući da većina podvodnih okruženja nema izvor svjetla, morali su razviti i bljeskalicu male snage.
Pokušavali smo minimizirati hardver što je više moguće, a to stvara nova ograničenja u pogledu izgradnje sustava, slanja informacija i izvođenja rekonstrukcije slike. Bila je potrebna prilična količina kreativnosti da se shvati kako to treba učiniti, kaže Adib.
Riješili su oba problema istovremeno koristeći crvenu, zelenu i plavu LED diodu. Kada kamera snimi sliku, osvijetli crvenu LED lampicu i zatim koristi senzore slike za snimanje fotografije. Ponavlja isti postupak sa zelenim i plavim LED diodama. Iako slika izgleda crno-bijela, crveno, zeleno i plavo svjetlo reflektira se u bijelom dijelu svake fotografije, objašnjava Akbar. Kada se slikovni podaci kombiniraju u naknadnoj obradi, slika u boji se može rekonstruirati.
Zvučno slanje podataka
Nakon što su slikovni podaci snimljeni, oni se kodiraju kao bitovi i šalju prijemniku jedan po jedan bit koristeći proces koji se naziva podvodno povratno raspršivanje. Prijemnik prenosi zvučne valove kroz vodu do kamere, koja se ponaša kao zrcalo koje odražava te valove. Kamera ili reflektira val natrag do prijemnika ili mijenja svoje zrcalo u apsorber tako da se ne reflektira natrag. Hidrofon pored odašiljača osjeća odbija li se signal od kamere. Ako primi signal, to je bit-1, a ako nema signala, to je bit-0. Sustav koristi ove binarne informacije za rekonstrukciju i naknadnu obradu slike.
Cijeli ovaj proces, budući da zahtijeva samo jedan prekidač za pretvaranje uređaja iz stanja bez refleksije u stanje refleksije, troši pet redova veličine manje energije od tipičnih podvodnih komunikacijskih sustava, kažu autori istraživanja.
MIT-jevci su testirali kameru u nekoliko podvodnih okruženja. U jednoj su snimili slike u boji plastičnih boca koje plutaju u ribnjaku u New Hampshireu. Također su uspjeli snimiti izrazitno kvalitetne fotografije afričke morske zvijezde. Uređaj je također bio učinkovit u opetovanom snimanju podvodne biljke Aponogeton ulvaceus u tamnom okruženju tijekom tjedan dana, kako bi se pratio njezin rast.
Idući korak, nakon uspješnog testiranja prototipa, jest poboljšati uređaj tako da bude praktičan za primjenu u stvarnim okruženjima. Žele povećati memoriju kamere kako bi mogla snimati i slati fotografije u stvarnom vremenu, ili čak snimati podvodne videozapise. Također žele proširiti domet kamere. Uspješno su prenijeli podatke 40 metara od prijemnika, ali širenje tog raspona omogućilo bi korištenje kamere na većim dubinama i udaljenostima od prijamnika na površini.
Izvor: MIT
