MIT povandeninė navigacijos sistema, veikianti garsu:

MIT tyrėjai sukūrė tikslią be baterijų žymėjimo sistemą, pavadintą „Underwater Backscatter Localization“ (UBL). Šioje nuotraukoje matomas jutiklis be baterijų, įstrigęs polimere, kol jis panardinamas į Karolio upę. Paskola: Reza ff afarivardavagh

Naujas požiūris gali paskatinti vandenynų tyrinėjimo be baterijų erą, pradedant jūrų apsauga ir baigiant akvakultūra.

GPS nėra atsparus vandeniui. Navigacijos sistema priklauso nuo radijo bangų, kurios greitai skyla skysčiuose, įskaitant jūros vandenį. Tyrėjai pasikliauja garsiniu signalu, kad galėtų sekti povandeninius objektus, tokius kaip dronai ar banginiai. Tačiau garso generatoriams paprastai reikia didelių, trumpų baterijų, kurias reikia reguliariai keisti. Ar galėtume apsieiti be jų?

SU: tyrinėtojai mano. Jie sukūrė belaidę baterijų reguliavimo sistemą, pavadintą „Underwater Backscatter Localization“ (UBL). Užuot skleidęs savo akustinius signalus, UBL atspindi signalus, moduliuojamus iš savo aplinkos. Tai suteikia tyrėjams informaciją apie buvimo vietą be energijos. Nors technologijos vis dar tobulėja, UBL vieną dieną gali tapti pagrindine jūrų apsaugos specialistų ir klimato mokslininkų և JAV R Nav U. priemone.

Šie laimėjimai aprašyti straipsnyje, kurį šią savaitę pristatė „Media Lab“ signalo kinetikos grupės nariai „Computing Machines Network Hot Thread“ seminare. Darbą prižiūrėjo mokslininkė Reza Ff Afarivardavagh, kurios bendraautoriai yra Sayedas Saad Afzalas, Osvi Rodriguezas ir grupei vadovaujantis Fadelas Adibas, kuris yra Dohert’s Ocean Utilization, taip pat MIT MIT Media Lab pirmininkas. Elektrotechnikos katedra և Kompiuterija.

„Vyriausybė alkana“

Beveik neįmanoma išvengti GPS, šiuolaikinio gyvenimo suvokimo. Palydovinio radijo signalais paremta technologija naudojama krovinių gabenime, navigacijoje, tikslinėje reklamoje ir kt. GPS nuo pat savo įvedimo 1970-aisiais – 80-aisiais pakeitė pasaulį. Bet tai nepakeitė vandenyno. Jei tektų slėptis nuo GPS, geriausia būtų būti po vandeniu.

Kadangi radijo bangos greitai blogėja keliaujant vandeniu, povandeninės komunikacijos dažnai remiasi akustiniais signalais. Garso bangos keliauja greičiau ir daugiau po vandeniu nei oras, todėl jos yra efektyvi duomenų perdavimo priemonė. Tačiau yra trūkumas.

„Balsas galioja“, – sako Adibas. Akustinių signalų įtaisams sekti „jų baterijos gali labai greitai išsikrauti“. Dėl to sunku tiksliai sekti daiktus ar gyvūnus ilgomis linijomis. Akumuliatoriaus keitimas nėra paprastas uždavinys, kai jis pritvirtintas prie perkėlimo taško. Taigi komanda siekė naudoti balsą be akumuliatoriaus.

Geros vibracijos

„Adib“ grupė kreipėsi į unikalų šaltinį, kuris anksčiau buvo naudojamas mažai energijos naudojantiems balso signalams. Pjezoelektrinės medžiagos. Šios medžiagos sukuria savo elektrinį krūvį, reaguodamos į mechaninį įtempimą, pavyzdžiui, vibruojančias garso bangas. Tada pjezoelektriniai jutikliai gali naudoti šį krūvį tam tikroms garso bangoms selektyviai atspindėti į savo aplinką. Imtuvas šią atspindžių seką, vadinamą atgaline sklaida, paverčia 1s (atspindėtų garso bangų) և 0s (neatspindėtų garso bangų) pavyzdžiu. Gautame dvejetainiame kode gali būti informacijos apie vandenyno temperatūrą ar druskingumą.

Iš esmės ta pati technologija galėtų suteikti informaciją apie vietą. Stebėjimo blokas gali skleisti garso bangą ir tada stebėti, per kiek laiko ta garso banga atsispindi nuo pjezoelektrinio jutiklio, kad grįžtų į žiūrėjimo įrenginį. Praėjusį laiką galima panaudoti apskaičiuojant atstumą tarp stebėtojo ir pjezoelektrinio jutiklio. Tačiau praktiškai tokio grįžimo laikas yra labai sudėtingas, nes vandenynas gali būti reakcijos kamera.

Garso bangos keliauja ne tik tiesiogiai per stebėjimo tašką և jutiklį և. Jie yra prižiūrimi tarp paviršiaus ir jūros dugno, grįždami į įrenginį skirtingu metu. „Pradedi susidurti su visomis šiomis mintimis“, – sako Adibas. – Tai apsunkina ploto apskaičiavimą. Registruoti atspindžius paviršiniame vandenyje yra dar didesnis iššūkis. Mažas atstumas nuo jūros dugno և reiškia, kad turbulencijos signalas yra stipresnis.

Tyrėjai atspindėjimo problemą išsprendė „dažnio skrydžiu“. Užuot siuntęs akustinius signalus vienu dažniu, stebėjimo blokas siunčia signalų seką keliais dažniais. Kiekvienas dažnis turi skirtingą bangos ilgį, todėl atsispindėjusios garso bangos grįžta į stebėjimo bloką skirtingais etapais. Sujungęs fazės informaciją apie šukavimo laiką և, stebėtojas gali tiksliai nustatyti atstumą iki sekimo įrenginio. Dažnio šuolis buvo sėkmingas imituojant tyrėjams giluminį vandenį, tačiau jiems prireikė papildomos garantijos, kad būtų nutrauktas paviršiaus vandens triukšmas.

Ten, kur aidai pasklido po jūros dugną, tyrėjai turėjo sulėtinti informacijos srautą. Jie sulėtino duomenų perdavimo spartą, iš esmės laukdami kiekvieno stebėjimo bloko siunčiamo signalo. Tai leido užgesinti kiekvieno bitų bitus, kol nebuvo sumaišytas kitas bitas. Nors giluminio vandens modeliavimo sparta buvo 2 000 bitų per sekundę, mokslininkai turėjo surinkti paviršiniame vandenyje iki 100 bitų per sekundę, kad gautų aiškų stebėtojo signalo atspindį. Bet lėtas bitas ne viską išsprendžia.

Norėdami sekti judančius objektus, tyrėjai iš tikrųjų turėjo po truputį kelti. Tūkstantis bitų / sekundės buvo per lėtas, kad prisitaikytų prie imituoto objekto, judančio per vandenį 30 m / s gylyje. „Kai gausite pakankamai informacijos, kad rastumėte objektą, jis jau pasislinko iš savo padėties“, – paaiškina Afzalas. 10 000 bitų per sekundę greičiu jie galėjo stebėti objektą per gilų vandenį.

Efektyvi paieška

„Adib“ komanda stengiasi patobulinti UBL technologiją iš dalies spręsdama tokius iššūkius kaip mažas paviršiniame vandenyje reikalingas pralaidumas ir didelis sukibimas, reikalingas traukai. Apie lėtumą jie sužino atlikdami eksperimentus Karolio upėje. „Didžiąją dalį eksperimentų atlikome praėjusią žiemą“, – sakė Rodriguezas. Tai apėmė kelias dienas upės ledo. – Tai nebuvo labai malonu.

Be sąlygų, bandymai pateikė idėjos įrodymą seklioje vandens aplinkoje. UBL įvertino atstumą nuo siųstuvo և grįžtamojo ryšio mazgo skirtingais atstumais – iki beveik pusės metro. Komanda stengiasi padidinti UBL pasiekiamumą šioje srityje ir tikisi išbandyti sistemą kartu su savo kolegomis Keipo menkės medienos skylių okeanografijos institute.

Jie tikisi, kad UBL gali padėti skatinti vandenyno tyrimus. Ff Afarivardavagh teigia, kad mokslininkai turi geresnius Mėnulio paviršiaus žemėlapius nei vandenyno dugnas. “Kodėl mes negalime siųsti bepiločių povandeninių transporto priemonių į misiją tyrinėti vandenyno?” Atsakymas yra. Mes jų prarasime “, – sakė jis.

Vieną dieną UBL gali padėti autonominėms transporto priemonėms likti po vandeniu, neišeikvojant brangios akumuliatoriaus energijos. Technologijos taip pat gali padėti tiksliau dirbti povandeniniams robotams, teikiant informaciją apie klimato kaitos poveikį vandenyne. „Yra tiek daug programų“, – sako Adibas. „Tikimės vandenyną suprasti plačiu mastu. Tai ilgalaikė vizija, bet dėl ​​ko mes dirbame, tuo mes džiaugiamės “.

Šį darbą iš dalies palaikė Karinių jūrų pajėgų tyrimų biuras.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Eksperimentas atskleidžia naujas sinchroninių šviesos šaltinių galimybes.

Iliustracija, rodanti, kaip elektronų moduliacija lazeriu buvo panaudota kuriant lazerio šviesą skleidžiančias mikrobangas. Kreditas: Tsinghua universitetas. Tarptautinė komanda, atlikdama jaudinančius eksperimentus, parodė, kaip įvairios yra...

Kaip sumažinti kūno temperatūrą, gali padėti 10% pacientų, kuriems skiriamas didelis dėmesys

Šiame brėžinyje aprašytas tepalas (oranžinis ir geltonas), kuris yra molekulinis sluoksnis oro sąsajoje ir kvėpavimui reikalingas skystis plaučiuose. Naujausi tyrimai parodė, kad terminio...

Apšviesti saulės banguoti langai gamina energiją iš vidaus

Ryžių universiteto inžinieriai sukūrė ir pastatė langus, kurie saulės šviesą ar apšvietimą iš vidaus paverčia periferinėmis kraujo ląstelėmis. Centrinis sluoksnis yra kompozicinis polimeras,...

Egipto mumijos mumijos „Purvo karapasas“ neregėtas gydymas – neteisingo pateikimo atvejis

Kiekvienas mumifikuotas ir uždarytas Sidnėjaus universiteto Chau Chak Wing muziejaus Nicholson kolekcijoje. A. Mumifikuotas asmuo, dabar saugojimui dėvintis rankas, BMR. 27.3. B....

COVID-19 aptikimas ant jūsų odos

Misūrio universiteto inžinieriai skatina bioelektronikos rinką, kurdami plataus masto pasirinktinio įrenginio planą, kuris vienu metu gali stebėti daugybę gyvybiškai svarbių požymių, tokių kaip kraujospūdis,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.