Kamera bawah air ini bekerja secara nirkabel tanpa baterai

Insinyur MIT telah membangun kamera bawah air nirkabel tanpa baterai, yang mampu mengumpulkan daya sendiri sambil mengkonsumsi daya yang sangat kecil, menurut kertas baru Diterbitkan di Komunikasi Alam. Sistem ini dapat menangkap gambar berwarna dari objek yang terendam dari jarak jauh – bahkan di tempat gelap – dan mengirimkan data secara nirkabel untuk pemantauan lingkungan bawah air secara real-time, membantu dalam penemuan spesies langka baru, pemantauan arus laut, polusi, atau operasi komersial dan militer .

Kami sudah memiliki cara yang berbeda untuk mengambil gambar di bawah air, tetapi menurut penulis, “kebanyakan makhluk laut dan laut belum diamati.” Ini sebagian karena sebagian besar metode saat ini mengharuskan mereka terhubung ke kapal, drone bawah air, atau pembangkit listrik untuk daya dan komunikasi. Metode yang tidak menggunakan tethering harus menyertakan daya baterai, yang membatasi masa pakainya. Meskipun pada prinsipnya mungkin untuk memanen energi dari gelombang laut, arus bawah air, atau bahkan sinar matahari, menambahkan peralatan yang diperlukan untuk melakukannya akan menghasilkan kamera bawah air yang jauh lebih besar dan lebih mahal.

Jadi tim MIT mulai mengembangkan solusi untuk metode pencitraan nirkabel tanpa baterai. Tujuan desain adalah untuk mengurangi perangkat keras yang dibutuhkan sebanyak mungkin. Karena mereka ingin menjaga konsumsi daya seminimal mungkin, misalnya, tim MIT menggunakan sensor pencitraan yang murah dan tersedia. Trade-off adalah bahwa sensor ini hanya menghasilkan gambar skala abu-abu. Tim juga perlu mengembangkan lampu kilat berdaya rendah, karena sebagian besar lingkungan bawah air tidak mendapatkan banyak cahaya alami.

Ternyata solusi untuk kedua tantangan tersebut melibatkan LED merah, hijau, dan biru. Kamera menggunakan LED merah untuk menerangi lokasi dan menangkap gambar itu dengan sensornya, lalu mengulangi prosesnya dengan LED hijau dan biru. Gambar mungkin terlihat hitam dan putih, kata penulis, tetapi tiga warna cahaya dari LED dipantulkan di bagian putih setiap gambar. Jadi gambar penuh warna dapat direkonstruksi selama pasca-pemrosesan.

“Ketika kami masih kecil di kelas seni, kami diajari bahwa kami dapat membuat semua warna menggunakan tiga warna primer,” Rekan penulis Fadel Adeeb berkata:. “Ini mengikuti aturan yang sama untuk gambar berwarna yang kita lihat di komputer kita. Kita hanya perlu merah, hijau, dan biru – ketiga saluran ini – untuk membuat gambar berwarna.”

Alih-alih baterai, sensor bergantung pada hamburan balik akustik piezo untuk komunikasi berdaya sangat rendah setelah data gambar dikodekan sebagai bit. Metode ini tidak perlu menghasilkan sinyal audio sendiri (seperti sonar, misalnya), dan sebaliknya bergantung pada modulasi pantulan suara bawah air untuk mengirimkan data satu per satu. Data ini ditangkap oleh penerima jarak jauh yang mampu mengambil pola yang dimodifikasi, dan kemudian informasi biner digunakan untuk merekonstruksi gambar. Para penulis memperkirakan bahwa kamera bawah air mereka sekitar 100.000 kali lebih hemat energi daripada rekan-rekannya, dan dapat berjalan selama berminggu-minggu.

Secara alami, tim membangun prototipe bukti konsep dan menjalankan beberapa tes untuk membuktikan metode mereka berhasil. Misalnya, mereka memotret polusi (dalam bentuk botol plastik) di Keyser Pond di tenggara New Hampshire, serta memotret bintang laut Afrika (Protorster Linkley) dalam “lingkungan terkontrol dengan pencahayaan luar ruangan”. Resolusi gambar terakhir cukup baik untuk menangkap berbagai tuberkel di sepanjang lima lengan bintang laut.

Tim juga dapat menggunakan kamera bawah air nirkabel untuk memantau pertumbuhan tanaman air (Aponogeton ulvaceus) selama beberapa hari, mendeteksi dan menemukan tag visual yang sering digunakan untuk pelacakan bawah air dan pemrosesan otomatis. Kamera mencapai tingkat deteksi tinggi dan akurasi lokalisasi tinggi hingga jarak sekitar 3,5 meter (sekitar 11 setengah kaki); Para penulis menyarankan bahwa rentang deteksi yang lebih panjang dapat dicapai dengan sensor resolusi lebih tinggi. Jarak juga merupakan faktor dalam pemanenan energi dan kemampuan komunikasi kamera, menurut tes yang dilakukan di Sungai Charles di Massachusetts timur. Seperti yang diharapkan, kedua kemampuan vital ini berkurang seiring dengan jarak, meskipun kamera berhasil mengirimkan data hingga 40 meter (131 kaki) dari penerima.

Singkatnya, para penulis menulis: “Sifat metode kami yang tidak terbatas, murah, dan terintegrasi sepenuhnya menjadikannya pendekatan yang diinginkan untuk penyebaran laut besar-besaran.” Meningkatkan pendekatan mereka membutuhkan transduser yang lebih canggih dan efisien, serta transmisi akustik bawah air berdaya lebih tinggi. Ada juga kemungkinan bahwa seseorang dapat memanfaatkan jaringan mesh yang ada dari pelampung permukaan laut, atau jaringan robot bawah air seperti pelampung Argo, untuk mengoperasikan kamera pengumpul energi dari jarak jauh.

“Salah satu aplikasi paling menarik dari kamera ini bagi saya pribadi adalah dalam konteks pemantauan iklim,” Adeeb berkata. “Kami sedang membangun model iklim, tetapi kami kehilangan data dari lebih dari 95 persen lautan. Teknologi ini dapat membantu kami membangun model iklim yang lebih akurat dan lebih memahami bagaimana perubahan iklim memengaruhi dunia bawah laut.”

DOI: Komunikasi Alam, 2022. 10.1038 / s41467-022-33223-x (Tentang DOI).