Τεχνολογία

Υποβρύχιο σύστημα πλοήγησης που λειτουργεί με ήχο


Ένα σύστημα πλοήγησης για τους ωκεανούς, που θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για τη φιλικότερη προς το περιβάλλον εξερεύνησή τους, αναπτύσσουν επιστήμονες του ΜΙΤ.

Το GPS (Global Positioning System) δεν είναι «αδιάβροχο», καθώς βασίζεται σε ραδιοκύματα, που δυσκολεύονται στα υγρά. Για τον εντοπισμό υποβρυχίων αντικειμένων οι ερευνητές βασίζονται σε ακουστικά/ηχητικά σήματα, ωστόσο οι συσκευές που παράγουν και στέλνουν ήχο συνήθως απαιτούν μπαταρίες.

Ερευνητές του ΜΙΤ έφτιαξαν ένα σύστημα χωρίς μπαταρίες, το UBL (Underwater Backscatter Localization). Αντί να εκπέμπει τα δικά του ακουστικά σήματα, το UBL αντανακλά σήματα από το περιβάλλον του, κάτι που παρέχει δεδομένα πλοήγησης πρακτικά χωρίς ενέργεια. Όπως αναφέρει το ΜΙΤ News, η τεχνολογία αυτή μπορεί να είναι ακόμα υπό ανάπτυξη, μα κάποια στιγμή θα μπορούσε να αποτελέσει βασικό εργαλείο για την προστασία του περιβάλλοντος, τους κλιματικούς επιστήμονες και το πολεμικό ναυτικό των ΗΠΑ. Το σχετικό επιστημονικό άρθρο αποτελεί καρπό της εργασίας μελών της ομάδας Signal Kinetics του Media Lab.

Σχεδόν κανείς δεν μπορεί να «κρυφτεί» από το GPS, που βασίζεται σε ραδιοκύματα από δορυφόρους- ωστόσο αν και έχει αλλάξει τον κόσμο, δεν έχει αλλάξει τον ωκεανό: Τα ραδιοκύματα χειροτερεύουν ταχύτατα καθώς κινούνται στο νερό, οπότε τα ακουστικά σήματα είναι προτιμότερα για επικοινωνία, καθώς ταξιδεύουν ταχύτερα και μακρύτερα στο νερό από ό,τι στον αέρα. Ο ήχος, ωστόσο, έχει μεγάλες ενεργειακές απαιτήσεις, οπότε χρειάζονται μπαταρίες, και αυτό δυσκολεύει τα πράγματα.

Σε αυτό το πλαίσιο, οι ερευνητές στράφηκαν σε πιεζοηλεκτρικά υλικά, που παράγουν το δικό τους ηλεκτρικό φορτίο αντιδρώντας στη μηχανική πίεση- όπως όταν χτυπιούνται από ηχητικά κύματα. Πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν αυτό το φορτίο για αντανακλούν επιλεκτικά κάποια ραδιοκύματα πίσω στο περιβάλλον τους. Ένας δέκτης «μεταφράζει» αυτή την αλληλουχία (backscatter) σε 1 και 0 (δυαδικό κώδικα), επιτρέποντας τη μετάδοση πληροφοριών. Σε αυτή τη βάση, η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε να παρέχει πληροφορίες για τη θέση: Μια μονάδα παρατήρησης θα μπορούσε να εκπέμπει ηχητικό κύμα, και μετά να μετράει πόσος χρόνος χρειάζεται για να ανακλαστεί πάνω στον πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα και να επιστρέψει στη μονάδα παρατήρησης. Ο χρόνος αυτός χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της απόστασης μεταξύ παρατηρητή και πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα. Στην πράξη, ωστόσο, αυτό το backscatter είναι πολύπλοκο: Τα ηχητικά κύματα δεν ταξιδεύουν απλά απευθείας μεταξύ της μονάδας παρατήρησης και του αισθητήρα, μα κινούνται και σε κλίση μεταξύ επιφάνειας και πυθμένα, επιστρέφοντας στη μονάδα σε διαφορετικές χρονικές στιγμές- με τις ανακλάσεις να κάνουν δύσκολο τον υπολογισμό της θέσης.

Αυτό που έκαναν οι ερευνητές για να λύσουν το πρόβλημα ήταν να χρησιμοποιήσουν «frequency hopping»: Αντί να στέλνει σήματα σε μια και μόνη συχνότητα, η μονάδα παρατήρησης στέλνει μια αλληλουχία σημάτων σε ένα εύρος συχνοτήτων. Κάθε συχνότητα έχει διαφορετικό μήκος κύματος, οπότε τα ηχητικά κύματα που ανακλώνται επιστρέφουν στη μονάδα παρατήρησης σε διαφορετικές φάσεις. Συνδυάζοντας πληροφορίες για το timing και τη φάση, ο παρατηρητής μπορεί να υπολογίσει την απόσταση με τη συσκευή ιχνηλάτησης. Το frequency hopping ήταν επιτυχές στις προσομοιώσεις σε μεγάλα βάθη, ωστόσο χρειαζόταν να γίνει κάτι και για τον θόρυβο σε ρηχά ύδατα. Αυτό επετεύχθη μέσω «πειράγματος» του bitrate.

Οι ερευνητές επιδιώκουν τη βελτίωση της τεχνολογίας UBL, για την οποία ελπίζουν πως μπορεί να ανοίξει νέους ορίζοντες ως προς την εξερεύνηση των ωκεανών.





Πηγή