月曜日、マサチューセッツ工科大学の科学者たちは、魅力的な水中カメラのプロトタイプを発表しました。 このデバイスは、バッテリー電源に頼るのではなく、海を伝わる音波からエネルギーを得て、深海のイメージ エスケープを実現します。 最も暗い環境でも機能します。
次に、そのすべての写真データの良さをワイヤレスで送信する機能を備えています 戻る コンピューター上で再構築するために水を介して。
これが意味することは、モデルをスケールアップできれば、地球の海の隅々まで地図を作成するという大きな目標を達成するために人類を数歩前進させることができるということです。
私たちの美しい惑星の表面はなんと 70% の水で構成されていますが (これは深さを考慮していないことを思い出してください)、研究チームは、これまでに観測された海は 5% 未満であると推定しています。 そして、そのような知識が不足している理由の 1 つは、実行可能な水中カメラは、バッテリーの制限のために構築するのが非常に困難である、と彼らは言います。
簡単に言えば、海中で実行可能なイメージャーは、電力が不足しない限り船から遠く離れることはできません. また、非常に長持ちするバッテリーを作るには費用がかかります。また、手元にあるカメラを取り出して再充電する必要があるたびに遠征を最初からやり直さなければならないのは時間効率がよくありません。 このように、新しく提案された音波駆動カメラは、深海探検家にとってゲームチェンジャーになる可能性を秘めています。
本発明の概要によれば、 Character Communications 誌に掲載このデバイスは、誰かが持ち上げる前に何週間も連続して実行できるため、一度に遠くの海に飛び込むことができます。 また、他の海底カメラよりもエネルギー効率が約 100,000 倍優れていると、チームは述べています。
「私個人にとって、このカメラの最もエキサイティングなアプリケーションの 1 つは、気候監視のコンテキストにあります」と、MIT の電気工学およびコンピューター サイエンス学部の准教授である Fadel Adib は、 声明で述べた. 「私たちは気候モデルを構築していますが、海洋の 95% 以上のデータが不足しています。この技術は、より正確な気候モデルを構築し、気候変動が水中の世界に与える影響をよりよく理解するのに役立ちます。」
たとえば、このカメラは、海洋汚染の画像を簡単に撮影したり、養殖場で飼育された魚の健康状態を監視したりできます。 商業的な魚の繁殖が行われる場所 — そしておそらく、海の生息地がどのように進化しているかを示しているかもしれません. 現在、人間が引き起こした気候変動により海の温度が急速に上昇しており、水中の動物は家から追い出され、移動を余儀なくされ、時には体が処理できるよりもはるかに速く適応するために緊張しています.
原理の証明として、研究チームはメカニズムをテストして、ニューハンプシャー州の池に浮かぶペットボトルのカラー画像を作成しました。 彼らはまた、アフリカのヒトデの画像を非常に高い解像度で撮影したため、腕に沿って小さな結節が見えました。 全体として、水中バッテリーの難問への確実な解決策のようです。
しかし、チームのカメラの長期的な影響よりもさらにエキサイティングなのは、その驚くべき機能です。
音波をビューに変える
基本的に、チームは、この音波を動力源とするカメラは、海中にすでに存在するノイズを利用していると説明しました。 通過する船、海洋生物、一般的な潮流などによって音が発生します。 しかし、正確には音とは何ですか？
音は無形の力ではない ある種の。 むしろ、それは媒体を通過する波の産物であるため、その媒体を超（超）分スケールで振動させます。 媒体は、空気、水など、原子を含むものであれば何でもかまいません。 たとえば、空気の振動が鼓膜に当たると、脳はその信号を音と見なすものに変換します。 これが、水中にいるときに歪んだ音が聞こえる理由でもあります。 それ自体、真に「歪んだ」ものは何もありません。 音波は、水の分子を異なる方法で振動させるだけです。
OK、チームの新しいカメラにとって、このメカニズムの重要な部分は振動です。
この小さなデバイスは特殊な素材で覆われており、水中で振動する音波が当たるたびに電気信号を生成します。 それらの振動は、本質的に、それも振動します。 次に、振動が機械エネルギーから電気エネルギーに変換され、水中カメラが安定して作動します。
さらに、ハードウェアの軽量化を維持するため (カメラがそのパワーを消耗しないようにするため)、チームは市販の画像センサーと、画像をグレースケールでしかキャプチャできない安価なフラッシュ機器を使用しました。 そこから、彼らはフルカラー画像を取得するための一種の昔ながらの方法を使用しました。
「子供の頃、美術の授業で、3 つの基本色を使用してすべての色を作成できると教えられました。コンピューターで見るカラー画像にも同じ規則が適用されます。必要なのは、赤、緑、青の 3 つのチャネルだけです。 – カラー画像を構築するため」と、MIT の研究者であり、この研究の共著者である Waleed Akbar 氏は声明で述べています。
最初に、カメラは特別に調整された赤色の LED ライト フィルターで画像をキャプチャし、次に青色のフィルターで、さらに緑色のフィルターで再び画像をキャプチャします。 組み合わせると、全体像が得られます。 最後に、すべての画像データはコンピューター言語 (1 と ) でエンコードされます。
音波として受信機に送り返されます.
カメラ受信機は基本的にそれ自身の音波をカメラに送信し、カメラは波を反射するか、完全に吸収します。 全体として、これは一種のバイナリ コードを作成し、受信者に画像データが実際に何であるかを伝えます。
「デバイスを非反射状態から反射状態に変換するのに必要なスイッチは 1 つだけなので、このプロセス全体では、通常の水中通信システムよりも 5 桁少ない電力しか消費しません」と、MIT の研究者である Sayed Saad Afzal 氏は声明で述べています。
ただし、現時点では、カメラの受信機からの最大伝送範囲は 40 メートルのみです。 しかし、チームは今後、その範囲とデバイスのメモリ容量の両方を増やしたいと述べています。
最終的には、リアルタイムの写真を撮影できる可能性があり、将来的には水中の秘密を直接コンピューターにストリーミングできるようになるかもしれない、と彼らは言いました。