Innovatieve batterijloze onderwatersensor maakt gebruik van geluid voor het langdurig verzamelen van oceaangegevens

Massachusetts Institute of Technology, Cambridge

Om oceanen te onderzoeken, willen onderzoekers een ondergedompeld netwerk van onderling verbonden sensoren bouwen dat gegevens naar de oppervlakte stuurt. Het leveren van constant vermogen aan tientallen sensoren die zijn ontworpen om lange tijd onder water te blijven, is een groot probleem geweest.

Een batterijloze piëzo-elektrische onderwatersensor verzendt gegevens door geluidsgolven te absorberen of te reflecteren naar een ontvanger, waar een gereflecteerde golf een 1 bit decodeert en een geabsorbeerde golf een 0 bit decodeert en tegelijkertijd energie opslaat. (Afbeelding met dank aan de onderzoekers)

Er is een batterijloos onderwatercommunicatiesysteem ontwikkeld dat vrijwel geen stroom gebruikt om sensorgegevens te verzenden. Het systeem zou kunnen worden gebruikt om de zeetemperatuur te monitoren, de klimaatverandering te bestuderen en het leven in zee over lange perioden te volgen – en zelfs watermonsters te nemen op verre planeten.

Het systeem maakt gebruik van twee belangrijke fenomenen:het piëzo-elektrische effect dat optreedt wanneer trillingen in bepaalde materialen een elektrische lading genereren; en back-scatter, een communicatietechniek die vaak wordt gebruikt voor RFID-tags en die gegevens verzendt door gemoduleerde draadloze signalen van een tag naar een lezer te reflecteren.

Een zender stuurt akoestische golven door water naar een piëzo-elektrische sensor die gegevens 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 hij reflecteert er helemaal geen. Het op die manier afwisselen tussen reflectie komt overeen met de bits in de verzonden gegevens. Voor een gereflecteerde golf decodeert de ontvanger een 1; Als er geen gereflecteerde golf is, decodeert de ontvanger een 0. Door een manier te vinden om 1's en 0's te verzenden, kan alle informatie worden verzonden.

De kern van het systeem is een ondergedompeld knooppunt, een printplaat met een piëzo-elektrische resonator, een energie-oogsteenheid en een microcontroller. Elk type sensor kan in het knooppunt worden geïntegreerd door de microcontroller te programmeren. Een akoestische projector (zender) en een onderwaterluisterapparaat, een zogenaamde hydrofoon (ontvanger), worden op enige afstand geplaatst.

De zender en ontvanger moeten stroom hebben, maar kunnen op schepen of boeien worden geplaatst waar de batterijen gemakkelijker kunnen worden vervangen, of kunnen worden aangesloten op stopcontacten op het land. Eén zender en één ontvanger kunnen informatie verzamelen van vele sensoren die één of meerdere gebieden bestrijken.

Toepassingen omvatten mariene biologie, oceanografie, meteorologie of andere gebieden die onderwaterdetectie op lange termijn en met weinig menselijke inspanning vereisen. Het systeem zou ook kunnen worden gebruikt om gegevens te verzamelen in de onlangs ontdekte ondergrondse oceaan op de grootste maan van Saturnus, Titan. In juni kondigde NASA de Dragonfly-missie aan om in 2026 een rover te sturen om de maan te verkennen en waterreservoirs en andere locaties te bemonsteren.

Neem voor meer informatie contact op met Abby Abazorius op Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 617-253-2709.