Мой приятел, който работи в областта на дизайна на игри, наскоро ми показа 3D модел на Земята, изобразен много подробно с помощта на топографски точни сателитни данни, така че да можем да се реем през каньони и нашите съответни квартали с висока скорост като двойка джойрайдери Супермени. „Да видим дали можем да се подводим“, каза той въодушевен, докато летяхме над Тихия океан.
Съдържание
- Проблемът с лидара, проблемът със сонара
- Какво идва в PASS
- Нещата, които лежат отдолу
Не можахме. Моделът, толкова зашеметяващо точен на сушата, очевидно няма данни, с които да моделира подводната среда. Беше непредадена празнота под стъклената повърхност на водата, сякаш беше някаква подводна версия на Шоуто на Труман, и бяхме стигнали до края на света.
Препоръчани видеоклипове
Никой от нас не беше особено изненадан. Шокът би бил, ако океаните имаше е извършено. Откъде би дошла тази информация? И колко точно би било? Това би означавало, че създателите на модела са знаели нещо, което дори най-изтъкнатите океанографи в света не знаят.
За цялото оправдано вълнение около изследването на космоса през 2020 г. (Илон Мъск е „силно уверен”, че хората ще летят към Марс до 2026 г.), океаните на нашата планета остават до голяма степен неизследвана и непозната област, която е много по-близо до дома. Водата покрива около 71 процента от повърхността на Земята, като сладководните продукти, които пием, представляват нищожните 3 процента, малко повече от грешка при закръгляване. Но по-голямата част от океаните на Земята - до 95 процента - са неизследвана мистерия.
Въпреки че все още сме далеч от еквивалент на Google Street View за подводния свят, се осъществява нов проект от изследователи от Станфордския университет може да проправи пътя за точно такова нещо в бъдеще - и много повече Освен това. Представете си как можете да летите със самолет над воден участък и да видите с абсолютна яснота какво се крие под вълните.
Звучи невъзможно. Както се оказва, това е просто наистина, наистина трудно.
Проблемът с лидара, проблемът със сонара
„Изобразяването на подводна среда от въздушна система е предизвикателна задача, но има много потенциални приложения“, Ейдън Джеймс Фицпатрик, завършил студент в катедрата по електроинженерство на Станфордския университет, каза пред Digital Trends.
Очевидният кандидат за тази работа с изображения е лидарът. Лидарът е отскочила лазерна технология най-известен с това, че помага на (не-Tesla) автономни превозни средства да възприемат света около тях. Той работи, като излъчва импулсни светлинни вълни и след това измерва колко време им отнема да отскочат от обекти и да се върнат към сензора. Това позволява на сензора да изчисли колко далеч е изминал светлинният импулс и в резултат на това да изгради картина на света около него. Въпреки че самоуправляващите се автомобили остават най-известната употреба на lidar, той може да се използва като мощен инструмент за картографиране и в други контексти. Например, изследователите са го използвали през 2016 г., за да разкрийте скрит отдавна изгубен град под гъстата зеленина в камбоджанската джунгла.
Lidar обаче не е подходящ за този вид картографиране. Макар и усъвършенствани, високомощните лидарни системи работят добре в изключително чисти води, голяма част от океана - особено крайбрежните води - има тенденция да бъде мътна и непрозрачна за светлина. В резултат на това, каза Фицпатрик, голяма част от подводните изображения, извършвани до момента, разчитат на водни сонарни системи, които използват звукови вълни, способни да се разпространяват с лекота през мътни води.
За съжаление и тук има уловка. Водните сонарни системи са монтирани или теглени от бавно движеща се лодка. Заснемането на изображения от въздуха с помощта на летящо летателно средство би било по-ефективно, тъй като може да покрие много по-голяма площ за по-малко време. Но това е невъзможно, тъй като звуковите вълни не могат да преминат от въздух във вода и след това обратно, без да загубят 99,9999 процента от енергията си.
Какво идва в PASS
Следователно, докато лидарните и радарните системи са картографирали целия ландшафт на Земята (акцент върху „земя“), само около 5 процента от световните води са били обект на подобни изображения и картографиране. Това е еквивалентът на карта на света, която показва само Австралия и оставя останалата част тъмна като някаква неизследвана Епохата на империите карта.
„Нашата цел е да предложим технология, която може да бъде монтирана на летящо превозно средство, за да осигури широкомащабно покритие, докато използваме техника за изображения, която е стабилна в мътна вода“, каза Фицпатрик. „За да направим това, ние разработваме това, което създадохме, фотоакустична въздушна сонарна система. PASS използва предимствата на разпространението на светлината във въздуха и разпространението на звука във водата, за да изобрази подводна среда от въздушна система.“
PASS работи по следния начин: Първо, специална персонализирана лазерна система изстрелва инфрачервена светлина, която се абсорбира от първия сантиметър вода. След като настъпи лазерна абсорбция, водата термично се разширява, създавайки звукови вълни, които могат да преминат във водата.
„Тези звукови вълни сега действат като сонарен сигнал във вода, който е генериран дистанционно с помощта на лазера“, продължи Фицпатрик. „Звуковите вълни ще се отразяват от подводни обекти и ще се връщат обратно към водната повърхност. Част от този звук – само около 0,06 процента – пресича интерфейса въздух-вода и се движи нагоре към системата във въздуха. Високочувствителни звукови приемници или преобразуватели улавят тези звукови вълни. Преобразувателите [след това] преобразуват звуковата енергия в електрически сигнали, които могат да бъдат прекарани през алгоритми за реконструкция на изображение, за да формират възприемаемо изображение.
Нещата, които лежат отдолу
Засега PASS е в процес на работа. Екипът демонстрира триизмерни изображения с висока разделителна способност в контролирана лабораторна среда. Но това, признава Фицпатрик, е в „контейнер с размерите на голям аквариум“, въпреки че технологията вече е „близо до етапа“, където може да бъде разположена над голям плувен басейн.
Разбира се, има малка разлика между голям плувен басейн и всички океани на Земята и това ще изисква значително повече работа. По-специално, голямо предизвикателство, което трябва да бъде разрешено преди тестването в по-големи, по-неконтролирани среди, е как да се справим с изображенията през вода с турбулентни повърхностни вълни. Фицпатрик каза, че това е главоболие, но това е такова, което „със сигурност има осъществими решения“, върху някои от които екипът вече работи.
„PASS може да се използва за картографиране на дълбините на неизследвани води, изследване на биологична среда, търсене на изгубени останки и потенциално много повече“, каза той. „Не е ли странно“, добави той, „че все още не сме изследвали цялата Земя, на която живеем? Може би PASS може да промени това.“
Комбинирането на светлина и звук, за да се реши интерфейсът въздух-вода, би променило играта. И след това? Доведете армията от картографски дронове, за да ни помогнете най-накрая да ни покажете какво се крие под повърхността на океана.
Беше документ, описващ проекта PASS наскоро публикуван в списанието IEEE Access.
Препоръки на редакторите
- Интелигентната нова хаптична жилетка може да позволи на спасителните кучета да приемат команди от мили разстояние
