کشف اسرار اعماق دریاها، با دوربین بی‌سیم MIT که از امواج صوتی استفاده می‌کند

دانشمندان مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) اخیراً نمونه‌ی اولیه‌ای از یک دوربین بسیار جذاب مخصوص زیر آب را ارائه کردند. این دستگاه به‌جای استفاده از باتری، از امواج صوتی که از اقیانوس‌ها عبور می‌کنند بهره می‌برد و تصاویری از عمق دریاها ثبت می‌کند. شایان‌ذکر است که این دوربین‌ حتی در تاریک‌ترین محیط‌های عمیق دریاها و اقیانوس‌ها نیز کار می‌کند و سپس داده‌های ثبت‌شده را با روش بی‌سیم و ازطریق آب به رایانه‌ها انتقال می‌دهد تا در آنجا بازسازی و عکس نهایی براساس این داده‌ها ایجاد شود. این یعنی اگر بتوان دوربین مذکور را بزرگ‌تر کرد، احتمالاً انسان‌ها در مسیر نقشه‌برداری از کل اقیانوس‌ها و دریاها، گام‌های مهمی برخواهند داشت.

اگرچه سطح سیاره‌ی زیبای زمین از ۷۰ درصد آب تشکیل شده است، اما تیم تحقیقاتی MIT تخمین می‌زند تاکنون فقط کم‌تر از پنج درصد از دریاها را مشاهده کرده‌ایم و یکی از دلایل آن، کمبود دانش برای تولید دوربین‌هایی است که زیر آب کار می‌کنند؛ زیرا حل مشکل محدویت باتری در این نوع دستگاه‌ها واقعاً سخت است.

به‌نوشته‌ی CNet، کارآمدترین دوربین‌های مخصوص زیر آب درحال‌حاضر باید حتماً نزدیک کشتی‌ها حرکت کنند؛ زیرا باتری آن‌ها محدودیت‌هایی دارد. علاوه‌براین ساخت یک باتری با ظرفیت و دوام بالا، هزینه‌های زیادی نیاز دارد و اگر بخواهید هنگام سفرهای اکتشافی، باتری آن را به‌طور مداوم و در فاصله‌های زمانی کوتاه تعویض کنید، این روش خیلی کارآمد نخواهد بود، بنابراین دوربین جدید تیم تحقیقاتی MIT با بهره گرفتن از انرژی امواج صوتی، می‌تواند به کاوش بهتر در اعماق اقیانوس‌ها کمک کند.

براساس طرح کلی اختراع دوربین زیردریایی محققان MIT که در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است، این دستگاه می‌تواند هفته‌ها به‌طور مداوم کار کند. تیم سازنده‌ی این دوربین می‌گوید که اختراع آن‌ها ازنظر بازدهی انرژی بسیار بهتر از دوربین‌های کنونی عمل می‌کند.

فاضل ادیب، دانشیار دیپارتمان مهندسی برق و علوم کامپیوتر MIT در بیانیه‌ای گفت:

ازنظر من، یکی از هیجان‌انگیزترین کاربردهای این دوربین، نظارت بر اقلیم است. ما درحال ساخت مدل‌های اقلیمی هستیم اما داده‌های بیش‌از ۹۵ درصد اقیانوس‌ها دردسترس ما نیست. این فناوری می‌تواند کمک کند مدل‌های آب‌وهوایی دقیق‌تری بسازیم و تأثیر تغییرات آب‌وهوایی روی دنیای زیر آب را بهتر درک کنیم.

دوربین زیرآبی MIT می‌تواند به‌راحتی، تصاویری از آلودگی اقیانوس‌ها ثبت کند و همچنین بر سلامت ماهی‌های پرورش‌یافته در مزارع پرورش آبزیان که پرورش ماهی‌های تجاری در آنجا انجام می‌شود نظارت داشته باشد. علاوه‌براین می‌توان با دوربین مذکور نشان داد که زیست‌گاه‌های دریایی چگونه درحال تکامل هستند. درحال‌حاضر، اقیانوس‌ها به‌دلیل تغییرات آب‌وهوایی ناشی از فعالیت‌های انسان‌ها، درحال گرم‌شدن هستند که حیوانات زیرآب را از خانه‌های آن‌ها بیرون رانده و درنتیجه باید به‌ اجبار جابه‌جا شوند و به‌همین دلیل گاهی‌اوقات برای تطبیق سریع‌تر از توانایی بدنشان، تحت فشار قرار می‌گیرند.

تیم تحقیقاتی MIT برای اثبات، مکانیزم خود را برای ایجاد تصاویر رنگی از بطری‌های پلاستیکی شناور در حوضچه‌ای در نیوهمپشایر آزمایش کرد. آن‌ها همچنین تصاویری از یک ستاره‌ی دریایی آفریقایی را با وضوح بالا ثبت کردند. به‌طورکلی به‌نظر می‌رسد نتایج کار این تیم، راهکاری مناسب برای رفع مشکل باتری در دوربین‌های زیر آب ارائه می‌دهد. به‌هرحال شاید نکته‌ی هیجان‌انگیز دیگر درمورد این دوربین، نحوه‌ی عملکرد آن باشد که بسیار درخورتوجه است.

تبدیل امواج صوتی به تصویر

تیم تحقیقاتی MIT توضیح می‌دهد که دوربین زیردریایی آن‌ها اساساً از امواج صوتی ایجاد‌شده ازطریق نویزهایی که ازقبل زیر دریا وجود دارند، استفاده می‌کند. عبور کشتی‌ها، زندگی‌ دریایی، جزر و مد عمومی و مواردی ازاین‌قبیل، باعث ایجاد صدا می‌شوند؛ اما منظور از صدا در این‌جا دقیقاً چیست؟

صدا نیروی ناملموسی محسوب نمی‌شود، بلکه حاصل امواجی است که از یک محیط عبور می‌کنند و آن محیط را در مقیاس فوق‌العاده بالا درهر دقیقه ارتعاش می‌دهند. محیط در این‌جا می‌تواند هوا، آب یا هرچیزی باشد که از اتم تشکیل شده است. به‌عنوان مثال، هنگامی‌که ارتعاشات هوا به پرده‌ی گوش ما برخورد می‌کند، مغزمان سیگنال را به‌چیزی که می‌شنویم تبدیل می‌کند، به‌همین دلیل است که وقتی زیر آب هستیم، صداها با انحراف شنیده می‌شوند. درواقع هیچ‌چیز به‌خودی خود واقعاً موج نیست. امواج صوتی باعث می‌شوند مولکول‌های آب به‌گونه‌ای متفاوت ارتعاش پیدا کنند و به‌همین‌دلیل یکی از نکات مهمی که در ساخت دوربین زیرآبی MIT مورد استفاده قرار گرفته، همین ارتعاشات است.

دوربین زیر دریایی MIT درواقع دستگاه کوچکی است که در یک ماده‌ی مخصوص قرار داده شده و امواج صوتی درون آب را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. ارتعاشات در اصل آب را به لرزه در می‌آورند و این امواج مکانیکی درمرحله‌‌ی بعد به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شوند که در این حالت می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. درواقع دوربین زیرآبی این محققان، از همین انرژی به‌عنوان باتری استفاده می‌کند.

علاوه‌براین، تیم تحقیقاتی MIT برای حفظ نور و جلوگیری از کاهش قدرت دوربین، از حسگرهای تصویربرداری مخصوص و ابزار فلش ارزان‌قیمتی استفاده کرده‌اند که فقط می‌تواند تصاویر را در طیف رنگ خاکستری ثبت کند و به‌همین دلیل آن‌ها از نوعی روشی قدیمی برای ایجاد تصویر تمام‌رنگی نهایی بهره گرفته‌اند.

ولی اکبر، از محققان MIT می‌گوید:

وقتی بچه بودیم، در کلاس هنر به ما آموختند که می‌توان با ترکیب سه‌رنگ اصلی، همه‌ی رنگ‌ها را ایجاد کرد. همین قوانین برای ساخت تصاویر رنگی رایانه‌ای نیز رعایت می‌شوند و درواقع فقط به سه‌رنگ قرمز، آبی و سبز نیاز داریم.

دوربین زیردریایی MIT ابتدا تصاویر را با یک فیلتر نور LED قرمز خاص، سپس با یک فیلتر آبی و درنهایت با یک فیلتر سبز ثبت می‌کند. این عکس‌ها به‌طور کامل و هم‌زمان ایجاد می‌شوند. درنهایت، داده‌های تصویر به‌زبان کامپیوتر و با نام مستعار متشکل از حروف یک و صفر کدگذاری و به‌عنوان امواج صوتی به گیرنده ارسال می‌شوند.

گیرنده‌ی دوربین اساساً امواج صوتی خود را به دوربین انتقال می‌دهد و امواج در این مرحله می‌تواند منعکس یا به‌طور کامل جذب شوند. این روش درواقع نوعی کد باینری می‌سازد تا به گیرنده اعلام کند داده‌های تصویری واقعاً چه‌چیزی را نشان می‌دهند.

سید سعد افضل، محقق MIT در مورد دوربین زیر دریایی این تیم گفت:

ازآنجاکه کل این فرایند، برای تبدیل دستگاه از حالت غیربازتابی به حالت بازتابی، فقط به یک سوئیچ نیاز دارد، مصرف انرژی آن نسبت به سیستم‌های ارتباطی معمولی زیر آب، پنج برابر کم‌تر است.

دوربین زیرآبی MIT درحال‌حاضر می‌تواند داده‌ها ثبت‌شده را به گیرنده‌ای که حداکثر در فاصله ی ۴۰ متری قرار دارد ارسال کند، اما تیم سازنده‌ی این دستگاه می‌گوید که در آینده، برد و ظرفیت حافظه‌ی ذخیره‌سازی آن را افزایش خواهد داد. این تیم درنهایت وعده داده است که در آینده می‌توان عکس‌های زیردریایی را به‌طور لحظه‌ای ثبت کرد و شاید حتی روزی فرارسد که اسرار زیر آب به‌طور مستقیم ازطریق رایانه پخش شوند.