MIT Underwater Navigation System Pinapagana ng tunog

Ang mga mananaliksik sa Massachusetts Institute of Technology ay lumikha ng isang sistema ng paghihiwalay ng baterya na tinatawag na Underwater Backscattering (UBL). Sa larawang ito, ang isang sensor na walang baterya ay naka-encapsulate sa polimer bago isawsaw ito sa Charles River. May-akda: Reza Gafarivardavag

Ang bagong diskarte ay maaaring makapasok sa isang panahon ng patuloy na paggalugad ng karagatan, mula sa pag-iingat ng dagat hanggang sa aquaculture.

Ang GPS ay hindi hindi tinatagusan ng tubig. Ang sistema ng nabigasyon ay nakasalalay sa mga alon ng radyo, na mabilis na nawasak sa mga likido, kabilang ang tubig dagat. Upang subaybayan ang mga bagay sa ilalim ng dagat tulad ng mga drone o balyena, ang mga mananaliksik ay umaasa sa mga alarma na tunog. Ngunit para sa mga aparato na bumubuo at nagpapadala ng tunog, karaniwang kailangan mo ng mga baterya – napakalaki, panandaliang baterya na nangangailangan ng regular na kapalit. Maaari ba nating gawin nang wala sila?

З kaya sabi ng mga mananaliksik. Nagtayo sila ng isang tumpak na kahulugan na system ng baterya na tinatawag na Underwater Backscattering (UBL). Sa halip na maglabas ng sarili nitong mga signal ng acoustic, ang UBL ay sumasalamin ng mga naka-modulate na signal mula sa kapaligiran nito. Nagbibigay ito sa mga mananaliksik ng impormasyon sa pagpoposisyon sa zero zero na enerhiya. Bagaman ang teknolohiya ay umuusbong pa rin, ang UBL ay maaaring balang araw ay maging isang pangunahing tool para sa U.S. Marine Conservationists, aircon at Navy.

Ang mga nakamit na ito ay inilarawan sa isang artikulong ipinakita sa linggong ito sa isang seminar ng Association of Computing Machines on Hot Topics in Networks ng mga miyembro ng Signal Kinetics Group Media Lab. Ang mananaliksik na si Reza Gafarivardavag, kasama ang mga kapwa may-akda na sina Saeed Saad Afzal, Osvi Rodriguez at Fadel Adib, na pinuno ng grupo, ay pinuno ng departamento ng paggamit ng karagatan sa Doherty, pati na rin isang associate professor sa MIT Media Lab at MIT Department of Electrical Engineering and Informatics.

“Mahilig sa kapangyarihan”

Ang pagsasangkot ng GPS sa modernong buhay ay halos imposible. Ang teknolohiya, na umaasa sa mga signal ng radyo na inilipat mula sa satellite, ay ginagamit sa pagpapadala, pag-navigate, naka-target na advertising at marami pa. Mula nang magsimula ito noong 1970s at 80s, binago ng GPS ang mundo. Ngunit hindi nito binago ang karagatan. Kung kailangan mong magtago mula sa GPS, ang pinakamahusay na pagpipilian ay sa ilalim ng dagat.

Dahil ang mga alon ng radyo ay mabilis na napapasama ng paglipat sa tubig, ang mga komunikasyon sa ilalim ng tubig ay madalas na nakasalalay sa mga signal ng acoustic. Ang mga alon ng tunog ay naglalakbay nang mas mabilis at mas malayo sa ilalim ng dagat kaysa sa pamamagitan ng hangin, na ginagawang isang mahusay na paraan upang magpadala ng data. Ngunit may isang kabiguan.

“Ang tunog ay naghahangad ng enerhiya,” sabi ni Adib. Para sa pagsubaybay sa mga aparato na naglalabas ng mga signal ng acoustic, “ang kanilang mga baterya ay maaaring mabilis na mag-debit.” Ginagawa nitong mahirap na tumpak na subaybayan ang mga bagay o hayop sa paglipas ng panahon – ang pagpapalit ng baterya ay hindi isang madaling gawain kapag naka-attach ito sa isang lumilipas na balyena. Kaya’t ang koponan ay naghahanap ng isang paraan upang magamit ang baterya nang walang baterya.

Magandang mga panginginig

Ang pangkat ng Adiba ay bumaling sa isang natatanging mapagkukunan na dati nilang ginamit para sa mababang lakas na pagbibigay ng tunog ng tunog: mga materyal na piezoelectric. Ang mga materyales na ito ay bumubuo ng kanilang sariling singil sa kuryente bilang tugon sa mga pag-load ng mekanikal, tulad ng karanasan ng isang nanginginig na alon ng tunog. Maaari nang gamitin ng mga sensor ng Piezoelectric ang pagsingil na ito upang piliing ipakita ang ilang mga alon ng tunog sa kapaligiran. Isinasalin ng tatanggap ang pagkakasunud-sunod ng mga pagsasalamin na ito, na tinatawag na backscattering, sa isang pattern ng 1s (para sa masasalamin na mga alon ng tunog) at 0 (para sa hindi naipakita na mga sound wave) Ang nagresultang binary code ay maaaring magdala ng impormasyon tungkol sa temperatura ng dagat at kaasinan.

Talaga, ang parehong teknolohiya ay maaaring magbigay ng impormasyon sa lokasyon. Ang yunit ng pagmamasid ay maaaring maglabas ng isang alon ng tunog at pagkatapos ay matukoy kung gaano katagal bago maipakita ang tunog na alon na ito mula sa sensor ng piezoelectric at bumalik sa yunit ng pagmamasid. Noong nakaraan, posible na kalkulahin ang distansya sa pagitan ng tagamasid at ng sensor ng piezoelectric. Ngunit sa pagsasagawa, ang oras ng naturang backscattering ay mahirap, dahil ang karagatan ay maaaring maging isang echo camera.

Ang mga sound wave ay hindi simpleng naglalakbay nang direkta sa pagitan ng unit ng pagmamasid at ng sensor. Dumadaan din sila sa pagitan ng ibabaw at ng dagat, na bumabalik sa bloke sa iba’t ibang oras. “Sinimulan mong harapin ang lahat ng pagsasaalang-alang na ito,” sabi ni Adib. “Pinahihirapan nito ang pagkalkula ng lokasyon.” Ang accounting para sa mga pagsasalamin ay isang mas malaking problema sa mababaw na tubig – ang maikling distansya sa pagitan ng dagat at ang ibabaw ay nangangahulugan na ang nakakahiyang mga bounce signal ay pinalakas.

Napagtagumpayan ng mga mananaliksik ang problema ng pagmamapa sa pamamagitan ng “frequency hopping”. Sa halip na magpadala ng mga signal ng acoustic sa isang solong dalas, ang unit ng surveillance ay nagpapadala ng isang pagkakasunud-sunod ng mga signal sa saklaw ng dalas. Ang bawat dalas ay may iba’t ibang haba ng daluyong, kaya’t ang nasasalamin na mga alon ng tunog ay bumalik sa yunit ng pagmamasid sa iba’t ibang mga yugto. Sa pamamagitan ng pagsasama ng impormasyon sa oras at yugto, maaaring tumpak na matukoy ng tagamasid ang distansya sa aparato sa pagsubaybay. Ang frequency hopping ay matagumpay sa pagmomodelo ng mga mananaliksik sa malalim na dagat, ngunit kailangan nila ng isang karagdagang garantiya upang mabawasan ang mababaw na ingay na nasasalamin.

Kung saan ang echo ay gumagala sa pagitan ng ibabaw at ng dagat, ang mga mananaliksik ay kailangang pabagalin ang daloy ng impormasyon. Binawasan nila ang bitrate, mahalagang naghihintay ng mas matagal sa pagitan ng bawat senyas na ipinapadala ng yunit ng pagsubaybay. Pinayagan nito ang isang echo na tumugon sa bawat piraso bago potensyal na makagambala sa susunod na piraso. Habang ang isang bitrate ng 2,000 bps ay sapat na upang gayahin ang malalim na tubig, kailangang i-dial ito ng mga mananaliksik hanggang sa 100 bps sa mababaw na tubig upang makakuha ng tumpak na pagpapakita ng signal mula sa tracker. Ngunit ang mabagal na bitrate ay hindi nalutas ang lahat.

Upang subaybayan ang mga gumagalaw na bagay, talagang dapat dagdagan ng mga mananaliksik ang bitrate. Ang isang libong piraso bawat segundo ay masyadong mabagal upang tumpak na makilala ang isang simulate na bagay na gumagalaw sa pamamagitan ng malalim na tubig, sa rate na 30 sentimetro bawat segundo. “Sa oras na makakuha ka ng sapat na impormasyon upang ma-localize ang object, lumipat na ito sa posisyon,” paliwanag ni Afzal. Sa 10,000 bps, nasubaybayan nila ang bagay sa pamamagitan ng malalim na tubig.

Mabisang pagsisiyasat

Ang koponan ng Adib ay nagtatrabaho upang mapagbuti ang teknolohiya ng UBL, bahagyang malulutas ang mga isyu tulad ng salungatan sa pagitan ng mababang bitrate na kinakailangan para sa mababaw na tubig at mataas na kinakailangan na bitrate para sa pagsubaybay sa paggalaw. Bumuo sila ng mga inflection sa pamamagitan ng mga pagsubok sa Charles River. “Ginawa namin ang karamihan sa mga eksperimento noong nakaraang taglamig,” sabi ni Rodriguez. Kasama rito ang ilang araw ng yelo sa ilog. “Ito ay hindi masyadong kaaya-aya.”

Bilang karagdagan sa mga kundisyon, ang mga pagsusulit ay nagbigay ng patunay ng konsepto sa mahirap na mababaw na kondisyon ng tubig. Tinantya ng UBL ang distansya sa pagitan ng transmitter at ng backscattering node sa iba’t ibang mga distansya na halos kalahating metro. Ang koponan ay nagtatrabaho upang madagdagan ang saklaw ng UBL sa lugar na ito, at inaasahan nilang subukan ang sistema sa kanilang kawani sa Wood Hole Oceanographic Institute sa Cape Cod.

Inaasahan nilang ang UBL ay maaaring mag-ambag sa boom ng pagsasaliksik sa karagatan. Sinabi ni Gafarivardavaghha na ang mga siyentista ay may mas mahusay na mga mapa ng ibabaw ng buwan kaysa sa sahig ng karagatan. “Bakit hindi kami makapagpadala ng mga walang sasakyan na mga sasakyan sa ilalim ng dagat upang galugarin ang karagatan? Ang sagot: mawawala sa kanila ang mga ito, – sabi niya.

Maaaring makatulong ang UBL sa isang araw sa mga autonomous na sasakyan na manatili sa ilalim ng tubig nang hindi nasasayang ang isang mahalagang baterya. Makakatulong din ang teknolohiya sa mga robot sa ilalim ng dagat na gumana nang mas tumpak at magbigay ng impormasyon tungkol sa mga epekto ng pagbabago ng klima sa karagatan. “Maraming app,” sabi ni Adib. “Inaasahan naming maunawaan ang karagatan sa isang sukatan. Ito ay isang pangmatagalang paningin, ngunit iyon ang ginagawa namin at kung ano ang nagpapasaya sa amin. “

Ang gawaing ito ay bahagyang suportado ng Office of Marine Research.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.