Инновационный подводный датчик без батареек использует звук для долгосрочного сбора данных об океане

Массачусетский технологический институт, Кембридж

Чтобы исследовать океаны, исследователи стремятся построить подводную сеть взаимосвязанных датчиков, которая отправляет данные на поверхность. Серьезной проблемой было обеспечение постоянным питанием множества датчиков, предназначенных для длительного пребывания под водой.

Подводный пьезоэлектрический датчик без батареи передает данные путем поглощения или отражения звуковых волн обратно в приемник, где отраженная волна декодирует 1 бит, а поглощенная волна декодирует 0 бит и одновременно сохраняет энергию. (Изображение предоставлено исследователями)

Была разработана безбатарейная подводная система связи, использующая для передачи данных датчиков мощность, близкую к нулю. Систему можно использовать для мониторинга температуры моря, изучения изменения климата и отслеживания морской жизни в течение длительных периодов времени — и даже для отбора проб воды на далеких планетах.

Система использует два ключевых явления:пьезоэлектрический эффект, возникающий, когда вибрации определенных материалов генерируют электрический заряд; и обратное рассеяние - метод связи, обычно используемый для RFID-меток, который передает данные путем отражения модулированных беспроводных сигналов от метки и обратно к считывателю.

Передатчик посылает акустические волны через воду к пьезоэлектрическому датчику, хранящему данные. Когда волна попадает на датчик, материал вибрирует и сохраняет образовавшийся электрический заряд. Затем датчик использует накопленную энергию для отражения волны обратно к приемнику — или не отражает ее вообще. Чередование отражений таким образом соответствует битам передаваемых данных. Для отраженной волны приемник декодирует 1; при отсутствии отраженной волны приемник декодирует 0. Установление способа передачи единиц и нулей позволяет отправлять любую информацию.

В основе системы лежит погружной узел — печатная плата, на которой расположены пьезоэлектрический резонатор, блок сбора энергии и микроконтроллер. В узел можно интегрировать любой тип датчика путем программирования микроконтроллера. Акустический проектор (передатчик) и подводное подслушивающее устройство, называемое гидрофоном (приемником), размещаются на некотором расстоянии.

Передатчик и приемник должны иметь питание, но их можно устанавливать на кораблях или буях, где батареи легче заменить, или подключать к розеткам на суше. Один передатчик и один приемник могут собирать информацию от множества датчиков, охватывающих одну или несколько территорий.

Приложения включают морскую биологию, океанографию, метеорологию и другие области, требующие долгосрочного подводного зондирования с минимальными усилиями человека. Система также может быть использована для сбора данных о недавно открытом подземном океане крупнейшего спутника Сатурна, Титана. В июне НАСА объявило о миссии Dragonfly, которая в 2026 году отправит марсоход для исследования Луны, отбора проб из водоемов и других объектов.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Эбби Абазориусом по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; 617-253-2709.