GPS вычисляет положение пользователя относительно четырех или более спутников, каждый из которых вращается вокруг Земли по известным траекториям. Под воду сигналы спутников не проникают, что делает невозможным использование технологии GPS водолазами, подводными лодками и роботизированными исследовательскими аппаратами.
Солнечный свет проходит через воду намного лучше, чем радиоволны, хотя жидкость поляризует свет. Это означает, что вместо того, чтобы двигаться в нескольких направлениях, как в воздухе, все световые волны распространяются в одном направлении, вдоль одной плоскости. Это направление определяется углом, под которым солнечный свет падает на поверхность воды. Угол меняется в зависимости от даты, времени суток (высоты солнца) и географического положения.
Использовать этот принцип решила команда Иллинойского университета Урбана-Шампейн. Ученые сделали 10 миллионов фотографий подводной камерой со специальным объективом. Этот объектив показал подводные поляризованные картины в четырех местах: пресноводном озере в Иллинойсе, прибрежных водах Флорида-Кис, заливе во Флориде и озере в Северной Македонии.
Фотографии были сделаны в разных условиях — в прозрачной и мутной воде, на разной глубине, в разное время суток и время года. Ученые промаркировали этими сведениями каждый снимок, сформировали базу данных и использовали ее для обучения нейронной сети. Искусственный интеллект обучали распознавать предсказуемые изменения в шаблонах поляризации, связанные с вышеуказанными факторами.
В результате нейросеть смогла определить географическое положение, в котором камера сделала подводный снимок, на основе даты, времени и схемы поляризации. Точность системы пока составляет от 40 до 50 км, но этот показатель должен улучшаться по мере дальнейшего развития технологии. Его можно использовать на максимальной глубине около 300 м, так как солнечный свет не проникает дальше. Но этого достаточно, чтобы покрыть до 99% потребностей в подводной навигации.
Один из руководителей исследования, профессор Виктор Груев, сказал, что команда впервые показала возможность геолокации в открытом океане, чистой или мутной воде, днем, ночью и на разных глубинах. Он отметил, что после определения местоположения можно начать исследовать и использовать эту информацию для лучшего понимания подводного мира и способов ориентации животных.
