Esta cámara subacuática funciona de forma inalámbrica y sin pilas

Los ingenieros del MIT han construido una cámara subacuática inalámbrica sin batería, capaz de acumular energía por sí sola consumiendo muy poca energía, según nuevo papel Publicado en Nature Communications. El sistema puede capturar imágenes en color de forma remota de objetos sumergidos, incluso en lugares oscuros, y transmitir datos de forma inalámbrica para el monitoreo en tiempo real de entornos submarinos, ayudando en el descubrimiento de nuevas especies raras, el monitoreo de las corrientes oceánicas, la contaminación u operaciones comerciales y militares. .

Ya disponemos de diferentes formas de hacer fotografías bajo el agua, pero según los autores, «todavía no se han observado la mayoría de las criaturas marinas y oceánicas». Esto se debe en parte a que la mayoría de los métodos actuales requieren que estén conectados a barcos, drones submarinos o plantas de energía tanto para energía como para comunicaciones. Aquellos métodos que no utilicen tethering deben incluir alimentación por batería, lo que limita su vida útil. Si bien en principio es posible recolectar energía de las olas del océano, las corrientes submarinas o incluso la luz solar, agregar el equipo necesario para hacerlo daría como resultado una cámara subacuática mucho más grande y costosa.

Entonces, el equipo del MIT se dispuso a desarrollar una solución para un método de imagen inalámbrico sin batería. El objetivo del diseño era reducir el hardware necesario tanto como fuera posible. Debido a que querían mantener el consumo de energía al mínimo, por ejemplo, el equipo del MIT usó sensores de imágenes baratos y listos para usar. La contrapartida es que estos sensores solo producen imágenes en escala de grises. El equipo también necesitaba desarrollar un flash de baja potencia, ya que la mayoría de los entornos submarinos no reciben mucha luz natural.

Resulta que la solución a ambos desafíos involucra LED rojos, verdes y azules. La cámara usa un LED rojo para iluminar la ubicación y captura esa imagen con sus sensores, luego repite el proceso con los LED verde y azul. La imagen puede verse en blanco y negro, dicen los autores, pero los tres colores de luz de los LED se reflejan en la parte blanca de cada imagen. Por lo tanto, una imagen a todo color se puede reconstruir durante el procesamiento posterior.

«Cuando éramos niños en la clase de arte, nos enseñaron que podemos hacer todos los colores usando tres colores primarios». El coautor Fadel Adeeb dijo:. «Sigue las mismas reglas para las imágenes en color que vemos en nuestras computadoras. Solo necesitamos rojo, verde y azul, estos tres canales, para crear imágenes en color».

En lugar de una batería, el sensor se basa en la retrodispersión piezoacústica para comunicaciones de muy baja potencia después de que los datos de la imagen se codifican como bits. Este método no necesita generar su propia señal de audio (como con el sonar, por ejemplo) y, en cambio, se basa en modular los reflejos de los sonidos submarinos para transmitir datos bit a bit. Estos datos son capturados por un receptor remoto capaz de recuperar los patrones modificados, y luego la información binaria se usa para reconstruir la imagen. Los autores estiman que su cámara subacuática es unas 100.000 veces más eficiente energéticamente que sus contrapartes y puede funcionar durante semanas.

Naturalmente, el equipo construyó un prototipo de prueba de concepto y realizó algunas pruebas para demostrar que su método funcionaba. Por ejemplo, fotografiaron la contaminación (en forma de botellas de plástico) en Keyser Pond en el sureste de New Hampshire, y también fotografiaron la estrella de mar africana (Protorster Linkley) en un «ambiente controlado con iluminación exterior». La resolución de la última imagen fue lo suficientemente buena para capturar los diversos tubérculos a lo largo de los cinco brazos de la estrella de mar.

El equipo también pudo usar la cámara subacuática inalámbrica para monitorear el crecimiento de una planta acuática (Aponogeton ulvaceus) durante varios días, detectando y localizando etiquetas visuales que se utilizan a menudo para el seguimiento submarino y el procesamiento automatizado. La cámara logró altas tasas de detección y alta precisión de localización hasta una distancia de unos 3,5 metros (alrededor de 11 pies y medio); Los autores sugieren que se pueden lograr rangos de detección más largos con sensores de mayor resolución. La distancia también es un factor en las capacidades de comunicación y recolección de energía de la cámara, según las pruebas realizadas en el río Charles en el este de Massachusetts. Como era de esperar, estas dos capacidades vitales disminuyen con la distancia, aunque la cámara transmite con éxito datos hasta 40 metros (131 pies) desde el receptor.

En resumen, los autores escriben: «La naturaleza sin restricciones, económica y completamente integrada de nuestro método lo convierte en un enfoque deseable para las dispersiones oceánicas masivas». Ampliar su enfoque requiere transductores más avanzados y eficientes, así como transmisiones acústicas submarinas de mayor potencia. También es posible que uno pueda aprovechar las redes de malla existentes de boyas de superficie oceánica, o redes de robots submarinos como las boyas Argo, para operar cámaras de recolección de energía de forma remota.

“Personalmente, una de las aplicaciones más emocionantes de esta cámara es en el contexto del monitoreo del clima”, Adeeb dijo. «Estamos construyendo modelos climáticos, pero nos faltan datos de más del 95 por ciento del océano. Esta tecnología puede ayudarnos a construir modelos climáticos más precisos y comprender mejor cómo el cambio climático está afectando el mundo submarino».

DOI: Comunicaciones de la naturaleza, 2022. 10.1038 / s41467-022-33223-x (Acerca de los DOI).