Innovatieve batterijvrije onderwatersensor gebruikt geluid voor langdurige oceaandataverzameling

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge willen een onderwater netwerk van met elkaar verbonden sensoren bouwen dat data naar de oppervlakte stuurt. Het leveren van constante stroom aan talloze sensoren die lange tijd onder water moeten blijven, is een groot probleem.

Piezo-elektrische terugkaatscommunicatie

Een batterijvrij onderwatercommunicatiesysteem werd ontwikkeld datbijna nul vermogen gebruikt om sensordata te transmitteren. Het systeem kan gebruikt worden om zeetemperaturen te monitoren voor klimaatveranderingonderzoek en marin leven te volgen over lange periodes — en zelfs watermonsters te nemen op verafgelegen planeten.

Het systeem maakt gebruik van twee sleutelfenomenen: het piezo-elektrische effect dat ontstaat wanneer trillingen in bepaalde materialen een elektrische lading genereren; en backscatter, een communicatietechniek die veel gebruikt wordt voor RFID-tags, die data overbrengt gemoduleerde draadloze signalen van een tag terug naar een lezer.

Werken van het systeem

Een zender stuist akoestische golven door water naar een piezo-elektrische sensor die data heeft opgeslagen. Wanneer de golf de sensor raakt, trilt het materiaal en slaat de resulterende elektrische lading op. Vervolgens gebruikt de sensor de opgeslagen energie om een golf terug te reflecteren naar een ontvanger — of reflecteert helemaal niet. Afwisselend tussen reflecteren correspondeert met de bits in de getransmitteerde data. Voor een gereflecteerde golf decodeert de ontvanger een 1; voor geen gereflecteerde golf decodeert de ontvanger een 0. Het vastleggen van een manier om 1'en en 0'en te transmitteren stelt in staat om elke informatie te verzenden.

Ondernode en toepassingen

Het hart van het systeem is een ondergedompte node, een printplaat die een piezo-elektrische resonator, een energie-opslagunit en een microcontroller huisvest. Elk type sensor kan in de node geïntegreerd worden door de microcontroller te programmeren. Een akoestische projector (zender) en een onderwaterluisterapparaat, een hydrofoon (ontvanger), worden op enige afstand geplaatst.

De zender en ontvanger moeten stroom hebben, maar kunnen op schepen of boeien geplaatst worden waar batterijen makkelijker te vervangen zijn, of aangesloten op aardleidingen. Één zender en één ontvanger kunnen informatie verzamelen van veel sensoren die één gebied of meerdere gebieden bedekken.

Toepassingen omvatten mariene biologie, oceanografie, meteorologie, of andere gebieden die langdurige, laag-menselijke-inspanning onderwater sensing vereisen. Het systeem kan ook gebruikt worden om data te verzamelen in de recent ontdekte onderwateroceaan op Saturnus' grootste maan, Titan. In juni kondigde NASA de Dragonfly-missie aan om in 2026 een rover te sturen om de maan te verkennen, watermonsters en andere locaties te bemonsteren.

Voor meer informatie, neem contact op met Abby Abazorius via aabazorius@mit.edu; 617-253-2709.