Stanford Üniversitesi mühendisleri, hava ve su arayüzündeki aşılmaz görünen bariyeri aşmak için ışığı ve sesi birleştirerek drone’lu bir yöntem geliştirdiler.
Araştırmacılar, hibrit optik-akustik sistemlerinin bir gün havadan drone tabanlı biyolojik deniz araştırmaları yapmak, batık gemiler ve uçaklar üzerinde büyük ölçekli havadan aramalar yapmak ve okyanus derinliklerini benzer hız ve seviyede haritalamak için de kullanılacağını öngörüyorlar.
“Havadan ve uzaydan gelen radar ve lazer tabanlı veya LIDAR sistemleri, onlarca yıldır Dünya’nın manzaralarını haritalayabiliyor. Radar sinyalleri, bulut kapsama ve gölgelik kapsamına bile girebilir. Bununla birlikte, Stanford Mühendislik Okulu’nda elektrik mühendisliği doçenti olan çalışma lideri Amin Arbabian, deniz suyu, suya görüntüleme için çok fazla emici ”dedi.
Videoyu kontrol edin: https://www.youtube.com/watch?v=2YyAnxQkeuk.
Enerji kaybı
Okyanuslar, Dünya yüzeyinin yaklaşık yüzde 70’ini kaplar, ancak derinliklerinin yalnızca küçük bir kısmı yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve haritalamaya tabi tutulmuştur.
Ana engel fizikle ilgilidir: Örneğin ses dalgaları, diğer ortama karşı yansıtma yoluyla enerjilerinin çoğunu - yüzde 99.9’dan fazlasını - kaybetmeden havadan suya veya tam tersi geçemez. Havadan suya ve tekrar havaya giden ses dalgalarını kullanarak sualtını görmeye çalışan bir sistem, bu enerji kaybına iki kez maruz kalır ve bu da yüzde 99,9999 enerji azalmasıyla sonuçlanır.
Benzer şekilde, elektromanyetik radyasyon - ışık, mikrodalga ve radar sinyallerini içeren bir şemsiye terim - ayrıca bir fiziksel ortamdan diğerine geçerken enerji kaybeder, ancak mekanizma sesten farklıdır. Stanford’da elektrik mühendisliği alanında yüksek lisans öğrencisi olan çalışmanın birinci yazarı Aidan Fitzpatrick, “Işık ayrıca yansımadan bir miktar enerji kaybeder, ancak enerji kaybının büyük kısmı su tarafından emilmeden kaynaklanmaktadır” dedi. Bu arada, bu soğurma aynı zamanda güneş ışığının okyanusun derinliklerine nüfuz edememesinin ve neden hücresel sinyallere, bir tür elektromanyetik radyasyona dayanan akıllı telefonunuzun su altında çağrı alamamasının nedenidir.
Tüm bunların sonucu, okyanusların havadan ve uzaydan karada olduğu gibi haritalanamayacağıdır. Bugüne kadar, çoğu su altı haritalaması, belirli bir ilgi alanına giren bir bölgede trol yapan gemilere sonar sistemleri eklenerek gerçekleştirildi. Ancak bu teknik yavaş ve maliyetlidir ve geniş alanları kaplamak için yetersizdir.
Görünmez bir yapboz
Hava-su arayüzünü kırmak için ışığı ve sesi birleştiren Fotoakustik Havadan Sonar Sistemine (PASS) girin. Fikir, yer altı bitki köklerinin “temassız” görüntüleme ve karakterizasyonunu gerçekleştirmek için mikrodalgalar kullanan başka bir projeden kaynaklanıyordu. PASS’ın bazı enstrümanları başlangıçta Stanford elektrik mühendisliği profesörü Butrus Khuri-Yakub’un laboratuvarı ile işbirliği içinde bu amaç için tasarlandı.
PASS, özünde ışık ve sesin bireysel güçleriyle oynuyor.
Fitzpatrick, ışığın iyi gittiği havada ışığı ve sesin iyi gittiği sudaki sesi kullanabilirsek, her iki dünyanın da en iyisini elde edebiliriz, dedi.
Bunun için sistem önce su yüzeyinde emilen havadan bir lazer atar. Lazer absorbe edildiğinde, su sütununda aşağı doğru yayılan ve yüzeye doğru geri dönmeden önce su altındaki nesnelerden yansıyan ultrason dalgaları üretir.
Geri dönen ses dalgaları, su yüzeyini kırdıklarında hala enerjilerinin çoğunu tüketiyorlar, ancak araştırmacılar, lazerlerle su altında ses dalgaları oluşturarak enerji kaybının iki kez olmasını önleyebilirler.
Arbabian, “Bu büyüklükteki bir kaybı telafi edecek ve yine de sinyal tespiti ve görüntülemeye izin verecek kadar hassas bir sistem geliştirdik” dedi.
Yansıyan ultrason dalgaları, dönüştürücü adı verilen aletlerle kaydedilir. Yazılım daha sonra akustik sinyalleri görünmez bir yapboz gibi tekrar bir araya getirmek ve batık özellik veya nesnenin üç boyutlu bir görüntüsünü yeniden oluşturmak için kullanılır.
Arbabian, “Işığın sudan veya havadan daha yoğun herhangi bir ortamdan geçerken nasıl kırıldığına veya” büküldüğüne “benzer şekilde, ultrason da kırılıyor” dedi. “Görüntü yeniden yapılandırma algoritmalarımız, ultrason dalgaları sudan havaya geçtiğinde oluşan bu eğilmeyi düzeltir.”