探索海洋未知区域、跟踪污染、监测气变,声波驱动的无线水下摄像机面世

2022-09-27 08:40:14     来源:科技日报

   科技日报记者 张梦然

科学家估 计,超过95%的地球海洋从未被观测到过,而为水下摄像机长时间供电成本太高,阻碍了对海底的广泛探索。美国麻省理工学院(MIT)研究人员开发出一种声 波驱动的无电池无线水下相机,为解决这一问题迈出了重要一步。该相机的能效比其他海底相机高出约10万倍,即使在黑暗的水下环境中,也能拍摄彩色照片,并 通过水无线传输图像数据。研究论文发表在最近的《自然·通讯》上。


无电池的无线水下摄像机。
图片来源:亚当·格兰兹曼

该相机的自主摄像头由声波驱动。它能将穿过水的声波的机械能转化为电能,为其成像和通信设备提供动力。在捕获和编码图像数据后,相机还使用声波将数据传输 到重建图像的接收器。因为它不需要电源,所以相机可在探索海洋之前连续运行数周,使科学家能够在海洋的偏远地区寻找新物种。它还可通过拍摄监测海洋污染情 况或水产养殖场鱼类的健康和生长。

团队成员称,这款相机最令人兴奋的应用之一是气候监测。科学家正在建立气候模型,但缺少来自95%以上海洋的数据。这项技术可以帮助他们建立更准确的气候模型,更好地了解气候变化如何影响海底世界。

为制造可长时间自主运行的相机,研究人员需要一种可在水下单独收集能量而自身功耗很少的设备。相机使用由压电材料制成的传感器获取能量以及超低功耗成像传 感器,即使图像看起来黑白相间,红色、绿色和蓝色的光也会反射在每张照片的白色部分。图像数据在后处理中合并时,就可重建彩色图像。

研究人员在几种水下环境中测试了相机。在其中一次,他们捕捉了漂浮在新罕布什尔州池塘中的塑料瓶的彩色图像。他们还能拍摄出高质量的非洲海星照片,照片中 甚至连沿着海星手臂的微小结节清晰可见。该设备还有效地在一周的黑暗环境中反复对水下植物进行成像,以监测其生长情况。

总编辑圈点:

海洋,广阔、深邃又神秘,只有不到5%的地球海洋被探索过,其他区域对人类来说还是个谜。这次,科研人员开发出了一种声波驱动的无线水下相机,解决了供电 的问题;它使用了超低功耗成像传感器,虽然乍看得到的图像可能平平无奇,但进行数据处理后,便可重建水下拍摄物体的彩色图像。将这类相机长期布置在海洋 中,便可获得关于某一区域环境变化的直观证据。毕竟,人们总相信眼见为实,相机带回的罕见的画面,或许能给人更大的震撼。


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