Ένας φίλος μου που εργάζεται στο σχεδιασμό παιχνιδιών μου έδειξε πρόσφατα ένα τρισδιάστατο μοντέλο της Γης, που αποδόθηκε με μεγάλη λεπτομέρεια χρησιμοποιώντας τοπογραφικά ακριβή δορυφορικά δεδομένα, έτσι ώστε να μπορούμε να πετάξουμε στα ύψη μέσα από φαράγγια και τις αντίστοιχες γειτονιές μας με μεγάλη ταχύτητα σαν ένα ζευγάρι joyriding Υπεράνθρωποι. «Ας δούμε αν μπορούμε να πάμε κάτω από το νερό», είπε, ενθουσιασμένος, καθώς πετάγαμε πάνω από τον Ειρηνικό.
Περιεχόμενα
- Το θέμα με το lidar, το πρόβλημα με το σόναρ
- Τι έρχεται στο PASS
- Τα πράγματα που κρύβονται από κάτω
δεν μπορούσαμε. Το μοντέλο, τόσο εκπληκτικά ακριβές στην ξηρά, προφανώς είχε μηδενικά δεδομένα με τα οποία μπορούσε να μοντελοποιήσει το υποθαλάσσιο περιβάλλον. Ήταν ένα κενό που δεν είχε αποδοθεί κάτω από τη γυάλινη επιφάνεια του νερού, σαν να ήταν κάποια υποβρύχια εκδοχή του Η παράσταση Τρούμαν, και είχαμε φτάσει στο τέλος του κόσμου.
Προτεινόμενα βίντεο
Κανείς από τους δύο δεν ξαφνιάστηκε ιδιαίτερα. Το σοκ θα ήταν αν οι ωκεανοί
είχε έχει αποδοθεί. Από πού θα προέρχονταν αυτές οι πληροφορίες; Και πόσο ακριβές θα ήταν; Θα σήμαινε ότι οι δημιουργοί του μοντέλου γνώριζαν κάτι που δεν γνωρίζουν ακόμη και οι κορυφαίοι ωκεανογράφοι του κόσμου.Για όλο τον δικαιολογημένο ενθουσιασμό γύρω από την εξερεύνηση του διαστήματος στη δεκαετία του 2020 (Ο Έλον Μασκ είναι "με μεγάλη αυτοπεποίθηση«ότι οι άνθρωποι θα εκτοξεύονται με πυραύλους προς τον Άρη μέχρι το 2026), οι ωκεανοί του πλανήτη μας παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αχαρτογράφητος και άγνωστος τομέας που είναι πολύ πιο κοντά στο σπίτι. Το νερό καλύπτει περίπου το 71 τοις εκατό της επιφάνειας της Γης, με το γλυκό νερό που πίνουμε να αντιπροσωπεύει ένα μικροσκοπικό 3 τοις εκατό, λίγο περισσότερο από ένα σφάλμα στρογγυλοποίησης. Αλλά η συντριπτική πλειοψηφία των ωκεανών της Γης - έως και 95 τοις εκατό - είναι ένα ανεξερεύνητο μυστήριο.
Ενώ είμαστε ακόμη πολύ μακριά από ένα αντίστοιχο Google Street View για τον υποθαλάσσιο κόσμο, ένα νέο έργο βρίσκεται σε εξέλιξη από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για κάτι τέτοιο στο μέλλον - και πολλά άλλα εκτός. Φανταστείτε ότι μπορείτε να πετάξετε ένα αεροπλάνο πάνω από ένα τμήμα νερού και να δείτε, με απόλυτη σαφήνεια, τι κρύβεται κάτω από τα κύματα.
Ακούγεται αδύνατο. Όπως αποδεικνύεται, είναι πολύ, πολύ δύσκολο.
Το θέμα με το lidar, το πρόβλημα με το σόναρ
"Η απεικόνιση υποβρύχιων περιβαλλόντων από ένα αερομεταφερόμενο σύστημα είναι μια πρόκληση, αλλά έχει πολλές πιθανές εφαρμογές." Άινταν Τζέιμς Φιτζπάτρικ, μεταπτυχιακός φοιτητής στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, είπε στο Digital Trends.
Ο προφανής υποψήφιος για αυτήν την εργασία απεικόνισης είναι το lidar. Το Lidar είναι το τεχνολογία λέιζερ αναπήδησης πιο διάσημο για τη βοήθεια των αυτόνομων οχημάτων (μη Tesla) να αντιληφθούν τον κόσμο γύρω τους. Λειτουργεί εκπέμποντας παλμικά κύματα φωτός και στη συνέχεια μετρώντας πόσο χρόνο χρειάζονται για να αναπηδήσουν από αντικείμενα και να επιστρέψουν στον αισθητήρα. Αυτό επιτρέπει στον αισθητήρα να υπολογίσει πόσο μακριά ταξίδεψε ο παλμός φωτός και, ως αποτέλεσμα, να δημιουργήσει μια εικόνα του κόσμου γύρω του. Ενώ τα αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα παραμένουν η πιο γνωστή χρήση του lidar, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ισχυρό εργαλείο χαρτογράφησης και σε άλλα περιβάλλοντα. Για παράδειγμα, οι ερευνητές το χρησιμοποίησαν το 2016 για να αποκαλύψτε μια κρυμμένη από καιρό χαμένη πόλη κάτω από πυκνό φύλλωμα στη ζούγκλα της Καμπότζης.
Ωστόσο, το Lidar δεν είναι κατάλληλο για αυτό το είδος χαρτογράφησης. Αν και τα προηγμένα, υψηλής ισχύος συστήματα lidar αποδίδουν καλά σε εξαιρετικά καθαρά νερά, μεγάλο μέρος του ωκεανού - ειδικά το παράκτιο νερό - τείνει να είναι θολό και αδιαφανές στο φως. Ως αποτέλεσμα, είπε ο Fitzpatrick, μεγάλο μέρος της υποβρύχιας απεικόνισης που έχει πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα έχει βασιστεί σε συστήματα σόναρ εντός του νερού που χρησιμοποιούν ηχητικά κύματα ικανά να διαδοθούν στα θολά νερά με ευκολία.
Δυστυχώς, υπάρχει μια σύλληψη και εδώ. Τα συστήματα σόναρ εντός του νερού τοποθετούνται ή ρυμουλκούνται από ένα σκάφος που κινείται αργά. Η απεικόνιση από τον αέρα, με τη χρήση ιπτάμενου αερομεταφερόμενου οχήματος, θα ήταν πιο αποτελεσματική αφού θα μπορούσε να καλύψει πολύ μεγαλύτερη περιοχή σε λιγότερο χρόνο. Αλλά είναι αδύνατο, καθώς τα ηχητικά κύματα δεν μπορούν να περάσουν από τον αέρα στο νερό και μετά να επιστρέψουν ξανά χωρίς να χάσουν το 99,9999 τοις εκατό της ενέργειάς τους.
Τι έρχεται στο PASS
Κατά συνέπεια, ενώ τα συστήματα lidar και ραντάρ έχουν χαρτογραφήσει ολόκληρο το τοπίο της Γης (έμφαση στην «γη»), μόνο περίπου το 5 τοις εκατό των παγκόσμιων υδάτων έχουν αποτελέσει αντικείμενο παρόμοιας απεικόνισης και χαρτογράφηση. Αυτό είναι το ισοδύναμο ενός παγκόσμιου χάρτη που δείχνει μόνο την Αυστραλία και αφήνει το υπόλοιπο μέρος της σκοτεινό σαν κάποιο ανεξερεύνητο Age of Empires χάρτης.
«Στόχος μας είναι να προτείνουμε μια τεχνολογία που μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα ιπτάμενο όχημα για να παρέχει κάλυψη μεγάλης κλίμακας χρησιμοποιώντας μια τεχνική απεικόνισης που είναι στιβαρή σε θολό νερό», είπε ο Fitzpatrick. «Για να το κάνουμε αυτό, αναπτύσσουμε αυτό που δημιουργήσαμε ένα Φωτοακουστικό Αερομεταφερόμενο Σόναρ Σύστημα. Το PASS εκμεταλλεύεται τα πλεονεκτήματα της διάδοσης του φωτός στον αέρα και της διάδοσης του ήχου στο νερό για την απεικόνιση υποβρύχιων περιβαλλόντων από ένα αερομεταφερόμενο σύστημα».
Το PASS λειτουργεί ως εξής: Πρώτον, ένα ειδικό προσαρμοσμένο σύστημα λέιζερ εκτοξεύει μια έκρηξη υπέρυθρου φωτός που απορροφάται από το πρώτο περίπου εκατοστό νερού. Μόλις συμβεί η απορρόφηση του λέιζερ, το νερό διαστέλλεται θερμικά, δημιουργώντας ηχητικά κύματα που μπορούν να ταξιδέψουν μέσα στο νερό.
«Αυτά τα ηχητικά κύματα λειτουργούν τώρα ως σήμα σόναρ μέσα στο νερό που δημιουργήθηκε εξ αποστάσεως χρησιμοποιώντας το λέιζερ», συνέχισε ο Φιτζπάτρικ. «Τα ηχητικά κύματα θα αντανακλούν τα υποβρύχια αντικείμενα και θα ταξιδεύουν πίσω προς την επιφάνεια του νερού. Μέρος αυτού του ήχου - μόνο περίπου 0,06 τοις εκατό - διασχίζει τη διεπαφή αέρα-νερού και ταξιδεύει προς τα πάνω προς το αερομεταφερόμενο σύστημα. Οι δέκτες ή οι μετατροπείς ήχου υψηλής ευαισθησίας καταγράφουν αυτά τα ηχητικά κύματα. Οι μετατροπείς [στη συνέχεια] μετατρέπουν την ηχητική ενέργεια σε ηλεκτρικά σήματα τα οποία μπορούν να περάσουν μέσω αλγορίθμων ανακατασκευής εικόνας για να σχηματίσουν μια αντιληπτή εικόνα».
Τα πράγματα που κρύβονται από κάτω
Μέχρι στιγμής, το PASS είναι ένα έργο σε εξέλιξη. Η ομάδα έχει επιδείξει τρισδιάστατη απεικόνιση υψηλής ανάλυσης σε ελεγχόμενο εργαστηριακό περιβάλλον. Αλλά αυτό, παραδέχτηκε ο Fitzpatrick, βρίσκεται σε ένα «δοχείο στο μέγεθος μιας μεγάλης δεξαμενής ψαριών», αν και η τεχνολογία είναι τώρα «κοντά στο στάδιο» όπου θα μπορούσε να αναπτυχθεί σε μια μεγάλη πισίνα.
Υπάρχει, φυσικά, μια μικρή διαφορά μεταξύ μιας μεγάλης πισίνας και του συνόλου των ωκεανών της Γης, και αυτό θα απαιτήσει πολύ περισσότερη δουλειά. Ειδικότερα, μια μεγάλη πρόκληση που πρέπει να επιλυθεί πριν από τη δοκιμή σε μεγαλύτερα, πιο ανεξέλεγκτα περιβάλλοντα είναι ο τρόπος αντιμετώπισης της απεικόνισης μέσω του νερού με τυρβώδη επιφανειακά κύματα. Ο Φιτζπάτρικ είπε ότι αυτό είναι ένα αδιέξοδο, αλλά είναι μια λύση που «έχει σίγουρα εφικτές λύσεις», μερικές από τις οποίες η ομάδα εργάζεται ήδη.
«Το PASS θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να χαρτογραφήσει τα βάθη των αχαρτογράφητων υδάτων, να ερευνήσει βιολογικά περιβάλλοντα, να αναζητήσει χαμένα συντρίμμια και ενδεχομένως πολλά άλλα», είπε. «Δεν είναι παράξενο», πρόσθεσε, «που δεν έχουμε ακόμη εξερευνήσει ολόκληρη τη Γη στην οποία ζούμε; Ίσως το PASS να το αλλάξει αυτό.”
Ο συνδυασμός φωτός και ήχου για την επίλυση της διεπαφής αέρα-νερού θα άλλαζε το παιχνίδι. Και μετά από αυτό? Φέρτε τον στρατό των drones χαρτογράφησης για να μας βοηθήσετε επιτέλους να δείξουμε τι βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του ωκεανού.
Ένα χαρτί που περιγράφει το έργο PASS ήταν δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό IEEE Access.
Συστάσεις των συντακτών
- Το έξυπνο νέο απτικό γιλέκο θα μπορούσε να αφήσει τα σκυλιά διάσωσης να λάβουν εντολές από μίλια μακριά
