麻省理工學(xué)院的工程師們建造了一臺(tái)無需電池的無線水下相機(jī)，可以幫助科學(xué)家探索海洋的未知區(qū)域，跟蹤污染或監(jiān)測(cè)氣候變化的影響。

根據(jù)發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇新論文，麻省理工學(xué)院的工程師們制造了一種無線，無電池的水下相機(jī)，它可以在消耗很少電力的情況下自行收集能量。

該系統(tǒng)可以拍攝遠(yuǎn)距離水下物體的彩色照片——即使在黑暗的環(huán)境中，也可以無線傳輸數(shù)據(jù)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控水下環(huán)境，幫助發(fā)現(xiàn)新的稀有物種或監(jiān)控洋流，污染或商業(yè)和軍事行動(dòng)。

無電池?zé)o線水下攝像機(jī)

我們已經(jīng)擁有各種水下圖像拍攝方法，但據(jù)研究人員稱，大部分海洋和海洋生物尚未被觀測(cè)到這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)有的水下圖像捕捉方法都需要連接到船只，水下無人機(jī)或發(fā)電廠進(jìn)行供電和通信

那些不使用網(wǎng)絡(luò)共享的方法必須包含電池電量，這限制了它們的使用壽命雖然原則上可以從海浪，水下洋流甚至太陽光中收集能量，但增加必要的設(shè)備會(huì)導(dǎo)致水下相機(jī)更加笨重和昂貴

因此，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)著手開發(fā)一種無需電池的無線成像方法的解決方案設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡量減少所需的硬件他們還希望將功耗降至最低，因此他們使用廉價(jià)的現(xiàn)成成像傳感器

但是這個(gè)傳感器只能產(chǎn)生灰度圖像該團(tuán)隊(duì)還需要開發(fā)一種低功耗的閃光燈，因?yàn)榇蠖鄶?shù)水下環(huán)境沒有太多的自然光

概述了水下后向散射成像系統(tǒng)的工作原理。

事實(shí)證明，這兩個(gè)挑戰(zhàn)的解決方案結(jié)合了紅色，綠色和藍(lán)色led使用相機(jī)的紅色LED進(jìn)行原位照明，用它的傳感器捕捉圖像，然后用綠色和藍(lán)色LED重復(fù)這個(gè)過程

合著者法德爾·阿迪布說:我們小時(shí)候上美術(shù)課的時(shí)候，老師就告訴我們，我們可以用三種基本顏色做出所有的顏色

圖像數(shù)據(jù)編碼成比特后，傳感器依靠壓電聲學(xué)背散射進(jìn)行超低功耗通信，而不是電池這種方法不需要產(chǎn)生自己的聲信號(hào)，而是通過調(diào)制入射水聲的反射，一次傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)

該數(shù)據(jù)被能夠恢復(fù)調(diào)制模式的遠(yuǎn)程接收器拾取，然后二進(jìn)制信息被用于重建圖像研究人員估計(jì)，他們的水下相機(jī)的能效比同類相機(jī)高10萬倍左右，可以連續(xù)運(yùn)行數(shù)周

當(dāng)然，該團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)概念驗(yàn)證原型，并進(jìn)行了一些測(cè)試，以證明他們的方法是有效的例如，他們對(duì)新罕布什爾州東南部凱澤池塘的污染和外部照明控制環(huán)境中的非洲海星進(jìn)行了成像后一張圖像的分辨率足以捕捉到海星五條手臂上的各種結(jié)節(jié)

水下后向散射成像獲得的樣本圖像

該團(tuán)隊(duì)還能夠使用他們的水下無線攝像機(jī)在幾天內(nèi)監(jiān)控水生植物的生長，并檢測(cè)和定位常用于水下跟蹤和機(jī)器人操作的視覺標(biāo)簽該相機(jī)實(shí)現(xiàn)了高檢測(cè)率和高定位精度，距離約為3.5米研究人員認(rèn)為，使用更高分辨率的傳感器可以實(shí)現(xiàn)更長的探測(cè)范圍根據(jù)在馬薩諸塞州東部查爾斯河進(jìn)行的測(cè)試，距離也是相機(jī)能量收集和通信能力的一個(gè)因素正如預(yù)期的那樣，這兩個(gè)關(guān)鍵能力都伴隨著距離的減小而降低，盡管相機(jī)成功地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄嚯x接收器40米的距離

就個(gè)人而言，這種相機(jī)最令人興奮的應(yīng)用之一是在氣候監(jiān)測(cè)的背景下，Adib說我們正在建立氣候模型，但我們?nèi)狈?5%以上海洋的數(shù)據(jù)這項(xiàng)技術(shù)可以幫助我們建立更準(zhǔn)確的氣候模型，更好地了解氣候變化如何影響水下世界

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