Инновационный безбатарейный подводный сенсор использует звук для долгосрочного сбора океанических данных

Массачусетский технологический институт, Кембридж

Для изучения океанов исследователи стремятся создать подводную сеть взаимосвязанных сенсоров, передающих данные на поверхность. Обеспечение постоянного питания множества сенсоров, предназначенных для длительного пребывания под водой, было серьезной проблемой.

Безбатарейный пьезоэлектрический подводный сенсор передает данные, поглощая или отражая звуковые волны обратно к приемнику, где отраженная волна декодирует 1 бит, а поглощенная — 0 бит, одновременно накапливая энергию. (Изображение предоставлено исследователями)

Система связи с нулевым потреблением энергии

Разработана безбатарейная подводная система связи, использующая почти нулевую мощность для передачи данных сенсоров. Систему можно использовать для мониторинга температуры моря для изучения изменения климата и отслеживания морской жизни длительные периоды — и даже для пробования воды на далеких планетах.

Ключевые явления

Система использует два ключевых явления: пьезоэлектрический эффект (вибрации в определенных материалах генерируют электрический заряд) и бэкскеттер — технику связи, распространенную для RFID-тегов, передающую данные путем отражения модулированных беспроводных сигналов от тега обратно к ридеру.

Принцип работы

Передатчик посылает акустические волны через воду к пьезоэлектрическому сенсору с накопленными данными. При ударе волны материал вибрирует и накапливает заряд. Затем сенсор использует накопленную энергию для отражения волны обратно к приемнику — или не отражает её вовсе. Чередование отражения соответствует битам передаваемых данных: отраженная волна — 1, отсутствие — 0. Установление способа передачи 1 и 0 позволяет передавать любую информацию.

Архитектура узла

В сердце системы — погруженный узел, плата с пьезоэлектрическим резонатором, блоком сбора энергии и микроконтроллером. Любой тип сенсора можно интегрировать, запрограммировав микроконтроллер. Акустический проектор (передатчик) и подводное слушание (гидрофон-приемник) размещаются на некотором расстоянии.

Передатчик и приемник должны иметь питание, но могут быть установлены на кораблях или буях, где батареи легче заменять, или подключены к наземным розеткам. Один передатчик и один приемник могут собирать информацию от множества сенсоров, охватывающих одну или многие зоны.

Применение

Морская биология, океанография, метеорология и другие области, требующие долгосрочного подводного мониторинга с минимальными человеческими усилиями. Систему также можно использовать для сбора данных в недавно обнаруженном подповерхностном океане на крупнейшей луне Сатурна — Титане. В июне NASA объявила миссию Dragonfly для отправки ровера в 2026 году для исследования Титана, пробования водоемов и других мест.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Эбби Абазориус по адресу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; тел.: 617-253-2709.