Esta câmera subaquática funciona sem fio sem baterias

Os engenheiros do MIT construíram uma câmera subaquática sem fio sem bateria, capaz de acumular energia por conta própria enquanto consome muito pouca energia, de acordo com novo papel Publicado na Nature Communications. O sistema pode capturar remotamente imagens coloridas de objetos submersos – mesmo em locais escuros – e transmitir dados sem fio para monitoramento em tempo real de ambientes subaquáticos, auxiliando na descoberta de novas espécies raras, monitoramento de correntes oceânicas, poluição ou operações comerciais e militares .

Já temos diferentes formas de tirar fotos debaixo d’água, mas segundo os autores, “a maioria das criaturas marinhas e oceânicas ainda não foi observada”. Isso ocorre em parte porque a maioria dos métodos atuais exige que eles sejam conectados a navios, drones submarinos ou usinas de energia para energia e comunicações. Os métodos que não usam tethering devem incluir energia da bateria, o que limita sua vida útil. Embora seja, em princípio, possível coletar energia das ondas do mar, correntes submarinas ou mesmo luz solar, adicionar o equipamento necessário para fazer isso resultaria em uma câmera subaquática muito maior e mais cara.

Assim, a equipe do MIT começou a desenvolver uma solução para um método de imagem sem fio sem bateria. O objetivo do projeto era reduzir ao máximo o hardware necessário. Como eles queriam manter o consumo de energia no mínimo, por exemplo, a equipe do MIT usou sensores de imagem baratos e prontos para uso. A desvantagem é que esses sensores produzem apenas imagens em tons de cinza. A equipe também precisava desenvolver um flash de baixa potência, já que a maioria dos ambientes subaquáticos não recebe muita luz natural.

Acontece que a solução para ambos os desafios envolve LEDs vermelho, verde e azul. A câmera usa um LED vermelho para iluminar o local e captura essa imagem com seus sensores, depois repete o processo com os LEDs verde e azul. A imagem pode parecer em preto e branco, dizem os autores, mas as três cores da luz dos LEDs são refletidas na parte branca de cada imagem. Assim, uma imagem colorida pode ser reconstruída durante o pós-processamento.

“Quando éramos crianças na aula de arte, nos ensinaram que podemos fazer todas as cores usando três cores primárias.” O co-autor Fadel Adeeb disse:. “Ele segue as mesmas regras para as imagens coloridas que vemos em nossos computadores. Só precisamos de vermelho, verde e azul – esses três canais – para criar imagens coloridas.”

Em vez de uma bateria, o sensor depende de retroespalhamento acústico piezo para comunicações de muito baixa potência depois que os dados da imagem são codificados como bits. Esse método não precisa gerar seu próprio sinal de áudio (como no sonar, por exemplo) e, em vez disso, depende da modulação dos reflexos dos sons subaquáticos para transmitir os dados um bit de cada vez. Esses dados são capturados por um receptor remoto capaz de recuperar os padrões modificados e, em seguida, as informações binárias são usadas para reconstruir a imagem. Os autores estimam que sua câmera subaquática é cerca de 100.000 vezes mais eficiente em termos de energia do que suas contrapartes e pode funcionar por semanas a fio.

Naturalmente, a equipe construiu um protótipo de prova de conceito e executou alguns testes para provar que seu método funcionou. Por exemplo, eles fotografaram a poluição (na forma de garrafas plásticas) em Keyser Pond no sudeste de New Hampshire, bem como fotografaram a estrela-do-mar africana (Protorster Linkley) em “ambiente controlado com iluminação externa”. A resolução da última imagem foi boa o suficiente para capturar os vários tubérculos ao longo dos cinco braços da estrela do mar.

A equipe também conseguiu usar a câmera subaquática sem fio para monitorar o crescimento de uma planta aquática (Aponogeton ulvaceus) durante vários dias, detectando e localizando tags visuais frequentemente usadas para rastreamento subaquático e processamento automatizado. A câmera alcançou altas taxas de detecção e alta precisão de localização até uma distância de cerca de 3,5 metros (cerca de 11 pés e meio); Os autores sugerem que faixas de detecção mais longas podem ser alcançadas com sensores de alta resolução. A distância também é um fator na captação de energia da câmera e nas capacidades de comunicação, de acordo com testes realizados no Charles River, no leste de Massachusetts. Como esperado, esses dois recursos vitais diminuem com a distância, embora a câmera transmita dados com sucesso até 40 metros (131 pés) do receptor.

Em resumo, os autores escrevem: “A natureza irrestrita, barata e totalmente integrada de nosso método o torna uma abordagem desejável para dispersões oceânicas maciças”. Ampliar sua abordagem requer transdutores mais avançados e eficientes, bem como transmissões acústicas subaquáticas de maior potência. Também é possível tirar proveito das redes mesh existentes de boias de superfície oceânica, ou redes de robôs submarinos, como boias Argo, para operar câmeras de coleta de energia remotamente.

“Uma das aplicações mais empolgantes desta câmera para mim, pessoalmente, é no contexto do monitoramento climático”, Adeeb disse. “Estamos construindo modelos climáticos, mas faltam dados de mais de 95% do oceano. Essa tecnologia pode nos ajudar a construir modelos climáticos mais precisos e entender melhor como as mudanças climáticas estão afetando o mundo subaquático.”

DOI: Nature Communications, 2022. 10.1038 / s41467-022-33223-x (Sobre DOIs).