MIT создает подводный GPS-навигатор без батарей

Если вам нужно знать, где вы находитесь, на орбите есть сеть спутников GPS, которые могут сказать вам, где вы находитесь, с высокой степенью точности. То есть, если только вы не под водой. Радиосигнал GPS быстро рассеивается при попадании в воду, вызывая головную боль при проведении научных исследований в море. Единственная альтернатива - использовать акустические системы, которые разжевывают батарейки. Команда из Массачусетского технологического института разработала технологию отслеживания без использования батарей под названием Underwater Backscatter Localization (UBL), которая может положить конец этому раздражению.

В настоящее время ученые, которые хотят отследить дрон или помеченное животное, должны использовать энергоемкие технологии акустической локации. Для этих устройств требуются батареи, которые увеличивают объем и ограничивают срок службы трекеров. Зарядка батарей часто бывает трудной, почти невозможной. Например, если вы пытаетесь следить за помеченным китом, вы, вероятно, не сможете подойти достаточно близко, чтобы поменять батарею.

Технология была разработана под руководством ведущего автора исследования Резы Гаффаривардавага и Фадела Адиба, которые возглавляют исследовательскую группу. UBL по-прежнему полагается на звуковые волны, но гораздо эффективнее. Адиб и его команда использовали пьезоэлектрические материалы - технику, которую они ранее использовали для создания датчиков без батарей (см. Ниже). Эти материалы генерируют электрический заряд в ответ на механическое напряжение. В этом случае механическое напряжение - это вибрация от звуковых волн.

Заряд, создаваемый пьезоэлектрическим датчиком, позволяет системе выборочно отражать некоторые звуковые волны обратно в подводную среду. Между тем, приемник переводит эти отражения (обратное рассеяние) либо в 1 (отражено), либо в 0 (не отражено). Сложите это вместе, и вы получите двоичный код с низким битрейтом. Чтобы превратить это в технологию определения местоположения, устройство наблюдения просто излучает звуковые волны и отслеживает, сколько времени требуется пьезоэлектрическому датчику, чтобы вернуть сигнал.

Однако в этом плане есть изгиб. Звуковые волны распространяются во всех направлениях, создавая беспорядочную акустическую среду, анализ которой требует больших вычислительных ресурсов. Команда разработала решение со скачкообразной перестройкой частоты, аналогичное подходу, который помогает беспроводным сетям избегать помех. Блок наблюдения излучает несколько разных частот, поэтому волны отражаются по фазе, что упрощает анализ сигнала.

Подход с самого начала показался многообещающим, но возникли некоторые дополнительные проблемы. Исследователи обнаружили, что для борьбы с эхом на мелководье можно снизить битрейт с 2000 до 100 бит в секунду. Этого достаточно для определения местоположения медленно движущихся или неподвижных объектов, но команда все еще экспериментирует с более высокими битрейтами (около 10 000 бит в секунду) для движущихся объектов. Поиск баланса между эхом и битрейтом займет некоторое время, но UBL в конечном итоге может привести к буму исследования океана.