• Julia Borisova

Новая система навигации под водой без аккумуляторов

Дата и время публикации: 09.11.2020 08:50

GPS модуль навигационных систем определяем местоположение по радиосигналам от спутников. Однако, радиосигналы в жидкостях, в том числе в морской воде, быстро затухают. Поэтому подводные объекты используют для навигации звуковые сигналы. К сожалению, устройства, генерирующие звуковые колебания, требуют использования аккумуляторов, громоздких и требующих подзарядки.

Группа исследователей из Массачусетского технологического института разработала безаккумуляторную систему для точного определения местонахождения. Система также основана на определении местонахождения под водой по отраженному сигналу. Однако, вместо акустических сигналов система отражает модулированный сигнал окружающей среды. И это позволяет получать информацию о положении объекта без использования аккумуляторов или других источников энергии. И хотя технология все еще находится на стадии разработки, ученые уверены, что однажды она станет ключевым инструментом специалистов по охране морской среды, климатологов и военно-морских сил США.

Представить себе современную жизнь без GPS технологий практически невозможно. На земле и воздухе GPS навигация используется для военных и гражданских целей, от логистики до научных исследований. Однако, под водой GPS навигация не работает. И поэтому до сих пор для подводной навигации используют звуковые сигналы.

«Звуковые устройства обладают большим энергопотреблением», - объясняет один из авторов исследований, -«Их аккумуляторы разряжаются очень быстро, их нужно заменять». Поэтому отслеживать местонахождение объектов длительное время, например, следить за миграцией китов в течение всего срока их жизни, крайне сложно.

Ученые решили разработать безаккумуляторный способ навигации под водой на основе звуковых сигналов. Для этого были выбраны пьезоэлектрические материалы, которые способны генерировать электрический заряд в ответ на механическое воздействие, например, при вибрации звуковых волн. Пьезоэлектрические датчики также можно использовать для обратного отражения звуковых сигналов. Подобная технология используется в RFID метках, где обратно отраженный сигнал передает информацию на считыватель.

В инновационной разработке передающее устройство посылает звуковые сигналы под водой к пьезоэлектрическому датчику. Когда сигнал доходит до сенсора, материал вибрирует и это позволяет накапливать электрический заряд. Затем сенсор использует накопленную энергию для отражения сигналов обратно к передатчику. Отраженный сигнал и его отсутствие можно использовать в качестве своеобразной логики для передачи информации: отраженный сигнал соответствует 1, отсутствие сигнала – 0. Таким образом, можно передавать информацию о солености или температуре воды.

Передающее устройство, испускающее звуковые волны, может вычислить расстояние до объекта по длительности прохождения звукового сигнала туда обратно. К сожалению, звуковые волны не проходят прямо между наблюдателем и объектом. Они могут отклониться от курса вблизи морского дна или берега, особенно акустические отражения имеют место на мелководье.

Чтобы обойти это «препятствие», ученые решили использовать несколько частот для отправляемых сигналов. Каждый испускаемый сигнал имеет свою частоту и длину волны, потому отраженные звуковые волны приходят к блоку наблюдения в различных фазах. Обработав информацию о длительности прохождения сигнала и его фазе, исследователи могут точно рассчитать расстояние до отслеживаемого объекта.

Сейчас ученые работают над усовершенствованием своей технологии, в частности, необходимо решить вопрос с низкой возможной скоростью передачи информации на мелководье, поскольку для отслеживания перемещений скорость передачи информации должна быть намного выше.

Первые тесты показали эффективность разработанного устройства в оценке расстояния до объекта, правда, пока на расстоянии в несколько метров. В ближайшее время планируется проводить тестирование на больших расстояниях.

Ученые надеются, что разработанная ими технология позволит сделать новые шаги в исследовании морей и океанов.

«Почему мы до сих пор не отправляем беспилотных подводных роботов для исследования океанов? Ответ очевиден: мы просто их потеряем», - уверяет один из авторов работ.

Инновационная технология однажды позволит использовать автономные устройства под водой без аккумуляторов для навигации.

Подписаться на новости SCDAILY