מיפוי כל רצפת האוקיינוס ​​-- מהשמיים?

חבר שלי שעובד בעיצוב משחקים הראה לי לאחרונה מודל תלת מימדי של כדור הארץ, שעובד בפירוט רב באמצעות טופוגרפיה נתוני לוויין מדויקים, כדי שנוכל להמריא דרך קניונים ובשכונות שלנו במהירות גבוהה כמו זוג רכיבה סופרמן. "בואו נראה אם ​​נוכל להיכנס מתחת למים," הוא אמר בהתרגשות כשטסנו מעל האוקיינוס ​​השקט.

לא יכולנו. למודל, המדויק כל כך ביבשה, היה כנראה אפס נתונים שבעזרתם ניתן לדגמן את הסביבה התת-ימית. זה היה חלל לא מעובד מתחת לפני השטח המזוגגים של המים, כאילו זו הייתה גרסה תת-מימית של המופע של טרומןוהגענו לסוף העולם.

אף אחד מאיתנו לא הופתע במיוחד. ההלם היה אם האוקיינוסים היה בוצע. מאיפה המידע הזה היה מגיע? ועד כמה זה היה מדויק? זה היה אומר שיוצרי הדגם ידעו משהו שאפילו האוקיינוגרפים המובילים בעולם אינם יודעים.

למרות כל ההתרגשות המוצדקת סביב חקר החלל בשנות ה-20 (אלון מאסק הוא "בטוח מאוד"שבני אדם יריטו לעבר מאדים עד 2026), האוקיינוסים של כוכב הלכת שלנו נשארים תחום לא ידוע ולא ידוע, שהוא הרבה יותר קרוב לבית. מים מכסים בסביבות 71 אחוז משטח כדור הארץ, כאשר חומרי המים המתוקים שאנו שותים מהווים 3 אחוזים זעירים, מעט יותר משגיאת עיגול. אבל הרוב המכריע של האוקיינוסים של כדור הארץ - עד 95 אחוז - הם תעלומה שלא נחקרה.

אמנם אנחנו עדיין רחוקים ממקבילה של Google Street View לעולם התת-ימי, אבל פרויקט חדש מתבצע שיצא על ידי חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד יכול לסלול את הדרך בדיוק לדבר כזה בעתיד - ועוד הרבה יותר חוץ מזה. דמיינו את היכולת להטיס מטוס על רצועת מים ולראות, בבהירות מוחלטת, מה מסתתר מתחת לגלים.

זה נשמע בלתי אפשרי. כפי שמתברר, זה פשוט ממש ממש קשה.

הבעיה עם לידר, הבעיה עם סונאר

"הדמיה של סביבות תת-מימיות ממערכת מוטסת היא משימה מאתגרת, אבל כזו שיש לה יישומים פוטנציאליים רבים", איידן ג'יימס פיצפטריק, סטודנט לתואר שני במחלקה להנדסת חשמל באוניברסיטת סטנפורד, סיפר ל-Digital Trends.

המועמד הברור לעבודת הדמיה זו הוא לידר. לידר הוא ה טכנולוגיית לייזר מוחזרת המפורסמים ביותר בסיוע לכלי רכב אוטונומיים (שאינם טסלה) לתפוס את העולם סביבם. זה עובד על ידי פליטת גלי אור פועמים ואז מדידת כמה זמן לוקח להם להקפיץ חפצים ולחזור לחיישן. פעולה זו מאפשרת לחיישן לחשב כמה רחוק עבר דופק האור, וכתוצאה מכך לבנות תמונה של העולם סביבו. בעוד שמכוניות בנהיגה עצמית נותרו השימוש הידוע ביותר בלידר, זה יכול לשמש ככלי מיפוי רב עוצמה גם בהקשרים אחרים. לדוגמה, חוקרים השתמשו בו ב-2016 כדי לחשוף עיר נסתרת אבודה מזמן מתחת לכיסוי עלווה צפופה בג'ונגל הקמבודי.

עם זאת, לידר אינו מתאים למיפוי מסוג זה. למרות שמערכות לידר מתקדמות ועוצמתיות מתפקדות היטב במים צלולים במיוחד, רוב האוקיינוסים - במיוחד מי החוף - נוטים להיות עכורים ואטומים לאור. כתוצאה מכך, אמר פיצפטריק, חלק ניכר מההדמיה התת-ימית שבוצעה עד כה הסתמכו על מערכות סונאר בתוך המים המשתמשות בגלי קול המסוגלים להתפשט במים עכורים בקלות.

למרבה הצער, גם כאן יש מלכוד. מערכות סונאר בתוך המים מורכבות או נגררות על ידי סירה הנע לאט. הדמיה מהאוויר, באמצעות רכב מוטס מעופף, תהיה יעילה יותר מכיוון שהיא יכולה לכסות שטח הרבה יותר גדול בפחות זמן. אבל זה בלתי אפשרי מכיוון שגלי קול לא יכולים לעבור מהאוויר למים ואז חזרה שוב מבלי לאבד 99.9999 אחוז מהאנרגיה שלהם.

מה מגיע ל-PASS

כתוצאה מכך, בעוד שמערכות לידר ומכ"ם מיפו את כל הנוף של כדור הארץ (דגש על "אדמה"), רק כ-5 אחוזים מהמים העולמיים היו מושא להדמיה דומה מיפוי. זו המקבילה למפת עולם שמראה רק את אוסטרליה, ומשאירה את שאר השטח חשוך כמו משהו שלא נחקר עידן האימפריות מַפָּה.

"המטרה שלנו היא להציע טכנולוגיה שניתן להתקין על רכב מעופף כדי לספק כיסוי בקנה מידה גדול תוך שימוש בטכניקת הדמיה חזקה במים עכורים", אמר פיצפטריק. "כדי לעשות זאת, אנו מפתחים את מה שטבענו מערכת סונאר מוטס פוטואקוסטית. PASS מנצל את היתרונות של התפשטות האור באוויר והתפשטות הקול במים לצילום סביבות תת-מימיות ממערכת מוטסת".

PASS עובד כך: ראשית, מערכת לייזר מותאמת אישית יורה פרץ של אור אינפרא אדום שנבלע בסנטימטר הראשון של מים. לאחר שהתרחשה ספיגת הלייזר, המים מתרחבים תרמית, ויוצרים גלי קול המסוגלים לעבור למים.

"גלי הקול הללו פועלים כעת כאות סונאר בתוך המים שנוצר מרחוק באמצעות הלייזר", המשיך פיצפטריק. "גלי הקול ישתקפו מעצמים תת-מימיים וינועו חזרה לעבר פני המים. חלק מהקול הזה - רק כ-0.06 אחוז - חוצה את ממשק האוויר-מים ועובר למעלה לכיוון המערכת המוטסת. מקלטי קול ברגישות גבוהה, או מתמרים, לוכדים את גלי הקול הללו. המתמרים [ואז] ממירים את אנרגיית הקול לאותות חשמליים שניתן להעביר דרך אלגוריתמים של שחזור תמונה כדי ליצור תמונה מורגשת."

הדברים שנמצאים מתחת

עד כה, PASS הוא עבודה בתהליך. הצוות הדגים הדמיה תלת מימדית ברזולוציה גבוהה בסביבת מעבדה מבוקרת. אבל זה, הודה פיצפטריק, נמצא ב"מיכל בגודל של מיכל דגים גדול", אם כי הטכנולוגיה כעת "קרוב לשלב" שבו ניתן יהיה לפרוס אותה מעל בריכת שחייה גדולה.

יש, כמובן, הבדל קל בין בריכת שחייה גדולה לבין כל האוקיינוסים של כדור הארץ, וזה ידרוש הרבה יותר עבודה. בפרט, אתגר גדול שיש לפתור לפני בדיקה בסביבות גדולות יותר ובלתי מבוקרות יותר הוא איך להתמודד עם הדמיה דרך מים עם גלי שטח סוערים. פיצפטריק אמר כי מדובר במגרדת ראש, אבל זה אחד ש"לבטח יש לו פתרונות אפשריים", שעל חלקם הצוות כבר עובד.

"אפשר להשתמש ב-PASS כדי למפות את מעמקי המים הבלתי ידועים, סקר סביבות ביולוגיות, חיפוש אחר שברים שאבדו, ואולי הרבה יותר", אמר. "האין זה מוזר", הוסיף, "שעדיין לא חקרנו את כל כדור הארץ עליו אנו חיים? אולי PASS יכול לשנות את זה."

שילוב של אור וקול כדי לפתור את ממשק האוויר-מים יהיה מחליף משחק. ואחרי זה? הביאו את צבא המל"טים למיפוי שיעזור סוף סוף להראות לנו מה מסתתר מתחת לפני השטח של האוקיינוס.

מאמר המתאר את פרויקט PASS היה פורסם לאחרונה בכתב העת IEEE Access.

המלצות עורכים

• אפוד הפטי חדש וחכם יכול לאפשר לכלבי חילוץ לקבל פקודות מקילומטרים