Questa fotocamera subacquea funziona in modalità wireless senza batterie

Gli ingegneri del MIT hanno costruito una telecamera subacquea wireless senza batteria, in grado di accumulare energia da sola consumando pochissima energia, secondo nuova carta Pubblicato in Comunicazioni sulla natura. Il sistema può acquisire in remoto immagini a colori di oggetti sommersi, anche in luoghi bui, e trasmettere dati in modalità wireless per il monitoraggio in tempo reale degli ambienti sottomarini, aiutando nella scoperta di nuove specie rare, il monitoraggio delle correnti oceaniche, dell’inquinamento o di operazioni commerciali e militari .

Abbiamo già diversi modi per scattare foto sott’acqua, ma secondo gli autori “la maggior parte delle creature marine e oceaniche non è stata ancora osservata”. Ciò è in parte dovuto al fatto che la maggior parte dei metodi attuali richiede che siano collegati a navi, droni sottomarini o centrali elettriche sia per l’energia che per le comunicazioni. I metodi che non utilizzano il tethering devono includere l’alimentazione a batteria, che ne limita la durata. Sebbene in linea di principio sia possibile raccogliere energia dalle onde oceaniche, dalle correnti sottomarine o persino dalla luce solare, l’aggiunta dell’attrezzatura necessaria per farlo risulterebbe in una fotocamera subacquea molto più grande e più costosa.

Quindi il team del MIT ha deciso di sviluppare una soluzione per un metodo di imaging wireless senza batteria. L’obiettivo di progettazione era ridurre il più possibile l’hardware richiesto. Poiché, ad esempio, volevano ridurre al minimo il consumo di energia, il team del MIT ha utilizzato sensori di imaging economici e standard. Il compromesso è che questi sensori producono solo immagini in scala di grigi. Il team doveva anche sviluppare un flash a bassa potenza, poiché la maggior parte degli ambienti subacquei non riceve molta luce naturale.

Si scopre che la soluzione a entrambe le sfide coinvolge i LED rossi, verdi e blu. La fotocamera utilizza un LED rosso per illuminare la posizione e acquisisce quell’immagine con i suoi sensori, quindi ripete il processo con i LED verde e blu. L’immagine può sembrare in bianco e nero, affermano gli autori, ma i tre colori della luce dei LED si riflettono nella parte bianca di ciascuna immagine. In questo modo è possibile ricostruire un’immagine a colori durante la post-elaborazione.

“Quando eravamo bambini a lezione di arte, ci veniva insegnato che possiamo creare tutti i colori usando tre colori primari”, Il coautore Fadel Adeeb ha detto:. “Segue le stesse regole per le immagini a colori che vediamo sui nostri computer. Abbiamo solo bisogno di rosso, verde e blu – questi tre canali – per creare immagini a colori”.

Invece di una batteria, il sensore si basa sulla retrodiffusione acustica piezoelettrica per comunicazioni a bassissima potenza dopo che i dati dell’immagine sono stati codificati come bit. Questo metodo non ha bisogno di generare il proprio segnale audio (come con il sonar, ad esempio), e si basa invece sulla modulazione dei riflessi dei suoni subacquei per trasmettere i dati un bit alla volta. Questi dati vengono acquisiti da un ricevitore remoto in grado di recuperare i modelli modificati, quindi le informazioni binarie vengono utilizzate per ricostruire l’immagine. Gli autori stimano che la loro fotocamera subacquea sia circa 100.000 volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alle sue controparti e possa funzionare per settimane.

Naturalmente, il team ha costruito un prototipo proof-of-concept ed ha eseguito alcuni test per dimostrare che il loro metodo funzionava. Ad esempio, hanno fotografato l’inquinamento (sotto forma di bottiglie di plastica) a Keyser Pond nel sud-est del New Hampshire, così come le stelle marine africane (Protorster Linkley) in un “ambiente controllato con illuminazione esterna”. La risoluzione dell’ultima immagine era abbastanza buona da catturare i vari tubercoli lungo le cinque braccia della stella marina.

Il team è stato anche in grado di utilizzare la telecamera subacquea wireless per monitorare la crescita di una pianta acquatica (Aponogeton ulvaceus) per diversi giorni, rilevando e localizzando i tag visivi spesso utilizzati per il monitoraggio subacqueo e l’elaborazione automatizzata. La telecamera ha raggiunto tassi di rilevamento elevati e un’elevata precisione di localizzazione fino a una distanza di circa 3,5 metri (circa 11 piedi e mezzo); Gli autori suggeriscono che è possibile ottenere intervalli di rilevamento più lunghi con sensori a risoluzione più elevata. La distanza è anche un fattore nella raccolta di energia e nelle capacità di comunicazione della fotocamera, secondo i test condotti sul fiume Charles nel Massachusetts orientale. Come previsto, queste due capacità vitali diminuiscono con la distanza, sebbene la fotocamera trasmetta con successo dati fino a 40 metri (131 piedi) dal ricevitore.

In sintesi, gli autori scrivono: “La natura illimitata, poco costosa e completamente integrata del nostro metodo lo rende un approccio desiderabile alle massicce dispersioni oceaniche”. Aumentare il loro approccio richiede trasduttori più avanzati ed efficienti, nonché trasmissioni acustiche subacquee di potenza maggiore. È anche possibile sfruttare le reti mesh esistenti delle boe sulla superficie dell’oceano, o le reti di robot subacquei come le boe Argo, per azionare a distanza telecamere per la raccolta di energia.

“Per me personalmente una delle applicazioni più interessanti di questa fotocamera è nel contesto del monitoraggio del clima”, ha detto Adeb. “Stiamo costruendo modelli climatici, ma ci mancano dati da oltre il 95% dell’oceano. Questa tecnologia può aiutarci a costruire modelli climatici più accurati e capire meglio come il cambiamento climatico sta influenzando il mondo sottomarino”.

DOI: comunicazioni sulla natura, 2022. 10.1038 / s41467-022-33223-x (Informazioni sui DOI).