Un amigo mío que trabaja en diseño de juegos me mostró recientemente un modelo 3D de la Tierra, renderizado con gran detalle utilizando técnicas topográficas. datos satelitales precisos, para que pudiéramos volar a través de cañones y nuestros respectivos vecindarios a alta velocidad como un par de jinetes Super hombres. “Veamos si podemos sumergirnos”, dijo entusiasmado, mientras volábamos sobre el Pacífico.
Contenido
- El problema del lidar, el problema del sonar
- Lo que pasa
- Las cosas que se encuentran debajo
No pudimos. El modelo, tan asombrosamente preciso en tierra, aparentemente no tenía datos con los que modelar el entorno submarino. Era un vacío no representado bajo la superficie vidriosa del agua, como si fuera una versión subacuática de El show de Truman, y habíamos llegado al fin del mundo.
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Ninguno de nosotros se sorprendió particularmente. El shock habría sido si los océanos tenía sido renderizado. ¿De dónde habría salido esa información? ¿Y qué tan preciso habría sido? Habría significado que los creadores del modelo sabían algo que ni siquiera los oceanógrafos más destacados del mundo saben.
A pesar de todo el entusiasmo justificable en torno a la exploración del espacio en la década de 2020 (Elon Musk es “muy confiado” que los humanos se lanzarán hacia Marte en 2026), los océanos de nuestro planeta siguen siendo un dominio en gran medida inexplorado y desconocido que está mucho más cerca de casa. El agua cubre alrededor del 71 por ciento de la superficie de la Tierra, y el agua dulce que bebemos representa un minúsculo 3 por ciento, poco más que un error de redondeo. Pero la inmensa mayoría de los océanos de la Tierra (hasta el 95 por ciento) son un misterio inexplorado.
Aunque todavía estamos muy lejos de un equivalente de Google Street View para el mundo submarino, se está llevando a cabo un nuevo proyecto Lo descubierto por investigadores de la Universidad de Stanford podría allanar el camino para algo así en el futuro, y mucho más. además. Imagínese poder volar un avión sobre una extensión de agua y ver, con absoluta claridad, lo que se esconde debajo de las olas.
Suena imposible. Resulta que es realmente muy difícil.
El problema del lidar, el problema del sonar
"Obtener imágenes de entornos submarinos desde un sistema aéreo es una tarea desafiante, pero tiene muchas aplicaciones potenciales". Aidan James Fitzpatrick, dijo a Digital Trends un estudiante de posgrado en el departamento de ingeniería eléctrica de la Universidad de Stanford.
El candidato obvio para este trabajo de imágenes es lidar. Lídar es el tecnología láser rebotada más famoso por ayudar a los vehículos autónomos (no Tesla) a percibir el mundo que los rodea. Funciona emitiendo ondas de luz pulsadas y luego midiendo cuánto tardan en rebotar en los objetos y regresar al sensor. Hacer esto permite al sensor calcular qué tan lejos viajó el pulso de luz y, como resultado, construir una imagen del mundo que lo rodea. Si bien los vehículos autónomos siguen siendo el uso más conocido del lidar, también puede utilizarse como una poderosa herramienta de mapeo en otros contextos. Por ejemplo, los investigadores lo utilizaron en 2016 para descubre una ciudad perdida hace mucho tiempo escondida bajo una densa cubierta de follaje en la selva camboyana.
Sin embargo, Lidar no es apropiado para este tipo de mapeo. Aunque los sistemas lidar avanzados y de alta potencia funcionan bien en aguas extremadamente claras, gran parte del océano (especialmente el agua costera) tiende a ser turbia y opaca a la luz. Como resultado, dijo Fitzpatrick, gran parte de las imágenes submarinas realizadas hasta la fecha se han basado en sistemas de sonar dentro del agua que utilizan ondas sonoras capaces de propagarse a través de aguas turbias con facilidad.
Desafortunadamente, aquí también hay un problema. Los sistemas de sonar en el agua están montados o remolcados por una embarcación que se mueve lentamente. Obtener imágenes desde el aire, utilizando un vehículo volador, sería más efectivo ya que podría cubrir un área mucho mayor en menos tiempo. Pero es imposible, ya que las ondas sonoras no pueden pasar del aire al agua y luego regresar sin perder el 99,9999 por ciento de su energía.
Lo que pasa
En consecuencia, si bien los sistemas lidar y radar han mapeado todo el paisaje de la Tierra (énfasis en el “tierra”), sólo alrededor del 5 por ciento de las aguas globales han sido objeto de imágenes y estudios similares. cartografía. Eso es el equivalente a un mapa mundial que solo muestra Australia y deja el resto oscuro como si fuera un lugar inexplorado. Era de los imperios mapa.
"Nuestro objetivo es proponer una tecnología que pueda montarse en un vehículo volador para proporcionar una cobertura a gran escala mientras se utiliza una técnica de imágenes que sea robusta en aguas turbias", dijo Fitzpatrick. “Para ello, estamos desarrollando lo que hemos denominado Sistema de Sonar Fotoacústico Aerotransportado. PASS aprovecha los beneficios de la propagación de la luz en el aire y la propagación del sonido en el agua para obtener imágenes de entornos submarinos desde un sistema aéreo”.
PASS funciona así: primero, un sistema láser especial personalizado dispara una ráfaga de luz infrarroja que es absorbida aproximadamente por el primer centímetro de agua. Una vez que se ha producido la absorción del láser, el agua se expande térmicamente, creando ondas sonoras que pueden viajar hacia el agua.
"Estas ondas sonoras ahora actúan como una señal de sonar en el agua que se generó de forma remota utilizando el láser", continuó Fitzpatrick. “Las ondas sonoras se reflejarán en los objetos submarinos y viajarán de regreso a la superficie del agua. Parte de este sonido (sólo alrededor del 0,06 por ciento) cruza la interfaz aire-agua y viaja hacia el sistema aéreo. Los receptores de sonido de alta sensibilidad, o transductores, capturan estas ondas sonoras. Los transductores [luego] convierten la energía del sonido en señales eléctricas que pueden pasar a través de algoritmos de reconstrucción de imágenes para formar una imagen perceptible”.
Las cosas que se encuentran debajo
Hasta ahora, PASS es un trabajo en progreso. El equipo ha demostrado imágenes tridimensionales de alta resolución en un entorno de laboratorio controlado. Pero esto, reconoció Fitzpatrick, está en un “contenedor del tamaño de una pecera grande”, aunque la tecnología ahora está “cerca de la etapa” en la que podría implementarse sobre una piscina grande.
Por supuesto, existe una ligera diferencia entre una gran piscina y todos los océanos de la Tierra, y esto requerirá mucho más trabajo. En particular, un gran desafío que debe resolverse antes de realizar pruebas en entornos más grandes y menos controlados es cómo abordar la obtención de imágenes a través de agua con ondas superficiales turbulentas. Fitzpatrick dijo que esto es un problema, pero que “seguramente tiene soluciones factibles”, en algunas de las cuales el equipo ya está trabajando.
"PASS podría usarse para mapear las profundidades de aguas inexploradas, estudiar entornos biológicos, buscar restos de naufragios y, potencialmente, mucho más", dijo. “¿No es extraño”, añadió, “que todavía tengamos que explorar la totalidad de la Tierra en la que vivimos? Quizás PASS pueda cambiar esto”.
Combinar luz y sonido para resolver la interfaz aire-agua cambiaría las reglas del juego. ¿Y después de eso? Trae al ejército de drones cartográficos para que finalmente nos ayuden a mostrarnos lo que hay debajo de la superficie del océano.
Se publicó un artículo que describe el proyecto PASS. publicado recientemente en la revista IEEE Access.
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