Moj prijatelj koji se bavi dizajnom igara nedavno mi je pokazao 3D model Zemlje, prikazan vrlo detaljno pomoću topografskih točne satelitske podatke, kako bismo mogli letjeti kroz kanjone i naša susjedstva velikom brzinom poput para u vožnji Supermeni. "Da vidimo možemo li ići pod vodu", rekao je, ushićeno, dok smo letjeli iznad Pacifika.
Sadržaj
- Problem s lidarom, problem sa sonarom
- Što dolazi na PASS
- Stvari koje leže ispod
Nismo mogli. Model, tako zapanjujuće precizan na kopnu, očito nije imao nula podataka s kojima bi mogao modelirati podmorski okoliš. Bila je to nepregledana praznina ispod staklene površine vode, kao da je to neka subakvatička verzija Trumanov show, i stigli smo na kraj svijeta.
Preporučeni videozapisi
Nitko od nas nije bio posebno iznenađen. Šok bi bio da su oceani imao izvedeno. Odakle bi ta informacija došla? I koliko bi točno bilo? To bi značilo da su tvorci modela znali nešto što čak ni najistaknutiji svjetski oceanografi ne znaju.
Usprkos svom opravdanom uzbuđenju oko istraživanja svemira u 2020-ima (Elon Musk je “
vrlo samopouzdan” da će ljudi poletjeti prema Marsu do 2026.), oceani našeg planeta ostaju uglavnom neistraženo i nepoznato područje koje je mnogo bliže domu. Voda prekriva oko 71 posto Zemljine površine, a slatkovodne tvari koje pijemo čine neznatnih 3 posto, malo više od pogreške zaokruživanja. Ali ogromna većina Zemljinih oceana - do 95 posto - neistražen je misterij.Iako smo još daleko od Google Street View ekvivalenta za podvodni svijet, novi projekt se provodi Istraživači sa Sveučilišta Stanford mogli bi utrti put upravo takvoj stvari u budućnosti - i puno više osim. Zamislite da možete letjeti avionom iznad vode i vidjeti, s apsolutnom jasnoćom, što se krije ispod valova.
Zvuči nemoguće. Ispostavilo se da je to jako, jako teško.
Problem s lidarom, problem sa sonarom
"Snimanje podvodnog okruženja iz sustava u zraku izazovan je zadatak, ali ima mnogo potencijalnih primjena", Aidan James Fitzpatrick, student diplomskog studija na Odsjeku za elektrotehniku Sveučilišta Stanford, rekao je za Digital Trends.
Očigledni kandidat za ovaj posao snimanja je lidar. Lidar je odbijena laserska tehnologija najpoznatiji po tome što pomaže (ne-Teslinim) autonomnim vozilima da percipiraju svijet oko sebe. Djeluje tako da emitira pulsirajuće svjetlosne valove i zatim mjeri koliko im je vremena potrebno da se odbiju od objekata i vrate na senzor. Na taj način senzor može izračunati koliko je svjetlosni puls prešao i, kao rezultat toga, izgraditi sliku svijeta oko sebe. Dok samovozeći automobili ostaju najpoznatija upotreba lidara, on se može koristiti kao moćan alat za mapiranje iu drugim kontekstima. Na primjer, istraživači su ga koristili 2016 otkriti skriveni davno izgubljeni grad ispod gustog pokrivača lišća u kambodžanskoj džungli.
Lidar ipak nije prikladan za ovu vrstu mapiranja. Iako napredni, lidarski sustavi velike snage rade dobro u iznimno čistim vodama, veći dio oceana - osobito obalna voda - ima tendenciju da bude mutan i neproziran za svjetlost. Kao rezultat toga, rekao je Fitzpatrick, velik dio podvodnih slika izvedenih do danas oslanjao se na sonarne sustave u vodi koji koriste zvučne valove koji se mogu s lakoćom širiti kroz mutne vode.
Nažalost, i ovdje postoji caka. Sonarni sustavi u vodi postavljaju se na brod koji se sporo kreće ili ih vuče. Snimanje iz zraka, korištenjem letećeg zrakoplova, bilo bi učinkovitije jer bi moglo pokriti mnogo veće područje u kraćem vremenu. Ali to je nemoguće jer zvučni valovi ne mogu prijeći iz zraka u vodu i zatim natrag bez gubitka 99,9999 posto svoje energije.
Što dolazi na PASS
Shodno tome, dok su lidar i radarski sustavi mapirali cijeli krajolik Zemlje (naglasak na "kopno"), samo oko 5 posto globalnih voda bilo je predmetom sličnih slika i preslikavanje. To je ekvivalent karti svijeta koja prikazuje samo Australiju, a ostatak ostavlja tamnim kao neka neistražena Doba carstava karta.
"Naš cilj je predložiti tehnologiju koja se može montirati na leteće vozilo kako bi se osigurala pokrivenost velikih razmjera uz korištenje tehnike snimanja koja je robusna u mutnoj vodi", rekao je Fitzpatrick. “Kako bismo to učinili, razvijamo ono što smo skovali, fotoakustički zračni sonarni sustav. PASS iskorištava prednosti širenja svjetlosti u zraku i širenja zvuka u vodi za snimanje podvodnih okruženja iz sustava u zraku.”
PASS radi ovako: Prvo, poseban prilagođeni laserski sustav ispaljuje bljesak infracrvene svjetlosti koju apsorbira prvi centimetar vode. Nakon što dođe do apsorpcije lasera, voda se toplinski širi, stvarajući zvučne valove koji mogu putovati u vodu.
"Ti zvučni valovi sada djeluju kao signal sonara u vodi koji je daljinski generiran pomoću lasera", nastavio je Fitzpatrick. “Zvučni valovi će se reflektirati od podvodnih objekata i putovati natrag prema površini vode. Dio tog zvuka – samo oko 0,06 posto – prelazi granicu zrak-voda i putuje prema sustavu u zraku. Prijemnici zvuka visoke osjetljivosti ili pretvarači hvataju te zvučne valove. Pretvarači [tada] pretvaraju zvučnu energiju u električne signale koji se mogu propustiti kroz algoritme za rekonstrukciju slike kako bi se formirala perceptibilna slika.”
Stvari koje leže ispod
Do sada je PASS rad u tijeku. Tim je demonstrirao trodimenzionalne slike visoke rezolucije u kontroliranom laboratorijskom okruženju. No, ovo je, priznao je Fitzpatrick, u "spremniku veličine velikog akvarija", iako je tehnologija sada "približena fazi" u kojoj bi se mogla rasporediti iznad velikog bazena.
Postoji, naravno, mala razlika između velikog bazena i čitavih Zemljinih oceana, a to će zahtijevati znatno više posla. Konkretno, veliki izazov koji treba riješiti prije testiranja u većim, više nekontroliranim okruženjima je kako se uhvatiti u koštac sa slikanjem kroz vodu s turbulentnim površinskim valovima. Fitzpatrick je rekao da je ovo zastrašujuće, ali da "sigurno ima izvediva rješenja", na nekima od kojih tim već radi.
"PASS bi se mogao koristiti za mapiranje dubina neistraženih voda, istraživanje bioloških okoliša, traženje izgubljenih olupina i potencijalno mnogo više", rekao je. “Nije li čudno,” dodao je, “da tek trebamo istražiti cijelu Zemlju na kojoj živimo? Možda PASS može ovo promijeniti.”
Kombinacija svjetla i zvuka u cilju rješavanja sučelja zrak-voda promijenila bi igru. I nakon toga? Dovedite vojsku dronova za mapiranje da nam konačno pomognu pokazati što se nalazi ispod površine oceana.
Rad koji opisuje projekt PASS bio je nedavno objavljen u časopisu IEEE Access.
Preporuke urednika
- Pametan novi haptički prsluk mogao bi spasilačkim psima omogućiti da primaju naredbe kilometrima daleko
