Создана система позиционирования под водой, которой не нужна энергия
Logo
Cover

Спутниковая система навигации GPS плохо работает под водой. Для поиска подводных объектов — затонувших грузов или китов — используют акустические сигналы. Но устройства, генерирующие звук, обычно требуют питания — громоздких, быстро разряжающихся батарей, требующих постоянной подзарядки. Инженеры из США нашли решение этой проблемы.

Специалисты из MIT создали систему позиционирования Underwater Backscatter Localization (UBL), работающую под водой и не требующую батарей. Вместо того чтобы излучать акустический сигнал самостоятельно, устройство отражает модулированные сигналы из окружающей среды. Это позволяет получить информацию о местоположении объекта с нулевым расходом энергии. Хотя эта технология все еще в разработке, однажды UBL сможет стать ключевым инструментом морских биологов, климатологов и ВМФ США, пишет MIT News.

«Звук очень энергоемкий», — пояснил Фадель Адиб, руководитель исследовательской группы. Системы позиционирования, основанные на акустических сигналах, быстро расходуют энергию. Это усложняет наблюдение за объектами или животными под водой — непросто менять батарею, когда устройство прикреплено к спине кита.

Группа Адиба обратилась к пьезоэлектрическим материалам. Они генерируют собственный электрический заряд в ответ на механическое напряжение. Затем пьезоэлектрические сенсоры могут выборочно отражать некоторые звуковые волны обратно в окружающую среду. Приемник переводит последовательность отражений — так называемое обратное рассеяние — в нули и единицы. Такой бинарный код может сообщать информацию о температуре или минерализации океана.

Тот же принцип можно использовать для получения информации о местоположении. Время, затраченное на возвращение сигнала, позволяет рассчитать расстояние между наблюдателем и датчиком. Но на практике определить точное время обратного рассеяния сложно, потому что океан может служить своего рода эхокамерой. Особенно большие трудности возникают на мелководье, где особенно много помех от поверхности.

Инженеры обошли проблему мешающих отражений с помощью «перескока частоты». Вместо того чтобы посылать акустические сигналы на одной частоте, устройство посылает последовательность сигналов по спектру частот.

Каждая частота имеет свою длину волны, так что отраженный звук возвращается с разной фазой. Объединив информацию о времени и фазе, аппарат точно устанавливает расстояние до объекта.      

Система UBL успешно прошла испытания на мелководье, определив расстояние до почти полуметра. Следующим шагом станет увеличение дистанции до объекта. Конечная цель — создание навигационной технологии, которая позволила бы автономным дронам составить подробную карту морского дна.

В начале года американские ученые продемонстрировали, как сочетание двух методов — радиочастотного и квантового — позволяет добиться беспрецедентного уровня точности GPS благодаря квантовой запутанности.Это открывает для GPS доступ к точности на уровне сантиметров.