Инженеры MIT создают батарею

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

По оценкам ученых, более 95 процентов океанов Земли никогда не наблюдались, а это означает, что мы видели меньше океана нашей планеты, чем обратную сторону Луны или поверхность Марса.

Высокая стоимость питания подводной камеры в течение длительного времени путем ее привязки к исследовательскому судну или отправки корабля для подзарядки батарей является серьезной проблемой, препятствующей широкомасштабным подводным исследованиям.

Исследователи Массачусетского технологического института предприняли важный шаг для решения этой проблемы, разработав безбатарейную беспроводную подводную камеру, которая примерно в 100 000 раз более энергоэффективна, чем другие подводные камеры. Устройство делает цветные фотографии даже в темноте под водой и передает данные изображения по беспроводной сети через воду.

Автономная камера питается от звука. Он преобразует механическую энергию звуковых волн, проходящих через воду, в электрическую энергию, которая питает его оборудование для обработки изображений и связи. После захвата и кодирования данных изображения камера также использует звуковые волны для передачи данных на приемник, который восстанавливает изображение.

Поскольку ей не нужен источник питания, камера может работать неделями подряд, прежде чем ее извлекут, что позволяет ученым искать новые виды в отдаленных частях океана. Его также можно использовать для получения изображений загрязнения океана или мониторинга здоровья и роста рыбы, выращиваемой на аквакультурных фермах.

«Лично для меня одно из самых интересных применений этой камеры — мониторинг климата. Мы строим климатические модели, но нам не хватает данных по более чем 95 процентам океана. Эта технология может помочь нам построить более точные модели климата и лучше понять, как изменение климата влияет на подводный мир», — говорит Фадель Адиб, доцент кафедры электротехники и информатики и директор группы кинетики сигналов в медиалаборатории Массачусетского технологического института. и старший автор новой статьи о системе.

К Адибу в работе над статьей присоединяются соведущие авторы и научные сотрудники группы Signal Kinetics Сайед Саад Афзал, Валид Акбар и Осви Родригес, а также ученый-исследователь Унсу Ха и бывшие исследователи группы Марио Думет и Реза Гаффаривардава. Статья опубликована сегодня в журнале Nature Communications.

Работаем без батареи

Чтобы создать камеру, которая могла бы работать автономно в течение длительного времени, исследователям требовалось устройство, которое могло бы самостоятельно собирать энергию под водой, потребляя при этом очень мало энергии.

Камера получает энергию с помощью преобразователей из пьезоэлектрических материалов, расположенных вокруг ее внешней стороны. Пьезоэлектрические материалы производят электрический сигнал, когда к ним прикладывается механическая сила. Когда звуковая волна, проходящая через воду, попадает на датчики, они вибрируют и преобразуют механическую энергию в электрическую.

Эти звуковые волны могут исходить из любого источника, например, от проходящего корабля или морской жизни. Камера сохраняет собранную энергию до тех пор, пока ее не накопится достаточно для питания электроники, которая делает фотографии и передает данные.

Чтобы сохранить энергопотребление как можно более низким, исследователи использовали готовые датчики изображения со сверхнизким энергопотреблением. Но эти датчики фиксируют только изображения в оттенках серого. А поскольку в большинстве подводных сред отсутствует источник света, им также необходимо было разработать вспышку малой мощности.

«Мы пытались максимально минимизировать аппаратное обеспечение, и это создает новые ограничения на то, как создавать систему, отправлять информацию и выполнять реконструкцию изображений. Чтобы понять, как это сделать, потребовалось немало творческого подхода», — говорит Адиб.