მთელი ოკეანის ფსკერის რუქა -- ციდან?

ჩემმა მეგობარმა, რომელიც მუშაობს თამაშების დიზაინში, ახლახან მაჩვენა დედამიწის 3D მოდელი, რომელიც დეტალურად არის გადმოცემული ტოპოგრაფიული გამოყენებით ზუსტი სატელიტური მონაცემები, რათა ჩვენ შეგვეძლოს კანიონებში და ჩვენს შესაბამის უბნებში მაღალი სიჩქარით აფრენა, როგორც წყვილი ჯოირაიდი სუპერმენები. „ვნახოთ, შევძლებთ თუ არა წყალქვეშ წასვლას“, თქვა მან აღფრთოვანებულმა, როცა წყნარი ოკეანის თავზე გადავფრინდით.

ჩვენ ვერ შევძელით. მოდელს, რომელიც ასე საოცრად ზუსტი იყო ხმელეთზე, აშკარად არ გააჩნდა მონაცემები, რომლითაც წყალქვეშა გარემოს მოდელირება შეეძლო. ეს იყო აუხსნელი სიცარიელე წყლის შუშის ზედაპირის ქვეშ, თითქოს ეს იყო წყლის წყალქვეშა ვერსია. Ტრუმანის შოუ, და ჩვენ მივაღწიეთ სამყაროს დასასრულს.

არცერთს არ გაგვიკვირდა განსაკუთრებით. შოკი იქნებოდა, თუ ოკეანეები ჰქონდა გაწეულია. საიდან იქნებოდა ეს ინფორმაცია? და რამდენად ზუსტი იქნებოდა? ეს იმას ნიშნავდა, რომ მოდელის შემქმნელებმა იცოდნენ ისეთი რამ, რაც მსოფლიოს გამოჩენილმა ოკეანოგრაფებმაც კი არ იციან.

2020-იან წლებში კოსმოსის შესწავლის ირგვლივ გამართლებული აღფრთოვანებისთვის (ელონ მასკი არის "უაღრესად თავდაჯერებული”როდესაც ადამიანები 2026 წლისთვის მარსისკენ დაიძვრებიან), ჩვენი პლანეტის ოკეანეები რჩება ძირითადად ამოუცნობი და უცნობი დომენი, რომელიც ბევრად უფრო ახლოსაა სახლთან. წყალი მოიცავს დედამიწის ზედაპირის დაახლოებით 71 პროცენტს, მტკნარი წყლის შემცველობა, რომელსაც ჩვენ ვსვამთ, შეადგენს მინუს 3 პროცენტს, ოდნავ მეტი, ვიდრე დამრგვალების შეცდომა. მაგრამ დედამიწის ოკეანეების აბსოლუტური უმრავლესობა - 95 პროცენტამდე - შეუსწავლელი საიდუმლოა.

მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ჯერ კიდევ შორს ვართ Google Street View-ს ეკვივალენტისგან წყალქვეშა სამყაროსთვის, მიმდინარეობს ახალი პროექტი სტენფორდის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შეიძლება გზა გაუხსნას ასეთ რამეს მომავალში - და კიდევ ბევრი რამ გარდა ამისა. წარმოიდგინეთ, რომ შეძლებთ თვითმფრინავის გადაფრენას წყლის მონაკვეთზე და აბსოლუტური სიცხადით დაინახეთ რა იმალება ტალღების ქვეშ.

შეუძლებლად ჟღერს. როგორც ირკვევა, ეს უბრალოდ ძალიან რთულია.

პრობლემა ლიდართან, პრობლემა სონართან

„სადესანტო სისტემიდან წყალქვეშა გარემოს გადაღება რთული ამოცანაა, მაგრამ აქვს მრავალი პოტენციური პროგრამა. ეიდან ჯეიმს ფიცპატრიკიგანუცხადა Digital Trends-ს სტენფორდის უნივერსიტეტის ელექტროინჟინერიის განყოფილების კურსდამთავრებულმა.

ამ ვიზუალიზაციის სამუშაოს აშკარა კანდიდატი არის ლიდარი. ლიდარი არის მობრუნებული ლაზერული ტექნოლოგია ყველაზე ცნობილია იმით, რომ ეხმარება (არა Tesla) ავტონომიურ მანქანებს აღიქვან სამყარო მათ გარშემო. ის მუშაობს იმპულსური სინათლის ტალღების გამოსხივებით და შემდეგ გაზომვით, რამდენი ხანი სჭირდება მათ ობიექტებიდან გადმოხტომას და სენსორთან დაბრუნებას. ამის გაკეთება სენსორს საშუალებას აძლევს გამოთვალოს რა მანძილზე გაიარა სინათლის პულსი და, შედეგად, შექმნას მის გარშემო არსებული სამყაროს სურათი. მიუხედავად იმისა, რომ თვითმართვადი მანქანები რჩება lidar-ის ყველაზე ცნობილ გამოყენებად, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მძლავრი რუკების ინსტრუმენტი სხვა კონტექსტშიც. მაგალითად, მკვლევარებმა ის გამოიყენეს 2016 წელს აღმოაჩინე დიდი ხნის დაკარგული ქალაქი დამალული კამბოჯის ჯუნგლებში მკვრივი ფოთლების საფარის ქვეშ.

თუმცა, ლიდარი არ არის შესაფერისი ამ სახის რუკებისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ მოწინავე, მაღალი სიმძლავრის ლიდარის სისტემები კარგად მუშაობს უკიდურესად სუფთა წყლებში, ოკეანის დიდი ნაწილი - განსაკუთრებით სანაპირო წყალი - ბუნდოვანი და გაუმჭვირვალეა სინათლის მიმართ. შედეგად, ფიცპატრიკის თქმით, წყალქვეშა გამოსახულების უმეტესი ნაწილი, რომელიც გაკეთებულია დღემდე, ეყრდნობა წყალში არსებულ სონარულ სისტემებს, რომლებიც იყენებენ ხმის ტალღებს, რომლებიც ადვილად გავრცელდებიან ბუნდოვან წყლებში.

სამწუხაროდ, აქაც არის დაჭერა. წყალში სონარის სისტემები დამონტაჟებულია ან ბუქსირდება ნელი ნავით. ჰაერიდან გამოსახულება, მფრინავი სადესანტო მანქანის გამოყენებით, უფრო ეფექტური იქნება, რადგან მას შეეძლო გაცილებით დიდი ფართობის დაფარვა ნაკლებ დროში. მაგრამ ეს შეუძლებელია, რადგან ბგერითი ტალღები ჰაერიდან წყალში ვერ გადადიან და შემდეგ ისევ დაბრუნდებიან ენერგიის 99,9999 პროცენტის დაკარგვის გარეშე.

რა მოდის PASS-ზე

შესაბამისად, მაშინ, როცა ლიდარმა და რადარის სისტემებმა შეადგინეს მთელი დედამიწის ლანდშაფტის რუკა (ხაზგასმა "მიწა"), გლობალური წყლების მხოლოდ დაახლოებით 5 პროცენტი იყო მსგავსი გამოსახულების საგანი და რუკების შედგენა. ეს არის მსოფლიო რუკის ექვივალენტი, რომელიც აჩვენებს მხოლოდ ავსტრალიას და ტოვებს მის დანარჩენ ნაწილს, როგორც ზოგიერთი შეუსწავლელი Იმპერიის ეპოქა რუკა.

„ჩვენი მიზანია შემოგთავაზოთ ტექნოლოგია, რომელიც შეიძლება დამონტაჟდეს მფრინავ მანქანაზე, რათა უზრუნველყოს ფართომასშტაბიანი დაფარვა იმ ვიზუალიზაციის ტექნიკის გამოყენებით, რომელიც მდგრადია ბუნდოვან წყალში“, - თქვა ფიცპატრიკმა. „ამისთვის, ჩვენ ვავითარებთ იმას, რაც შევქმენით ფოტოაკუსტიკური საჰაერო სადესანტო სონარის სისტემაზე. PASS იყენებს ჰაერში სინათლის გავრცელების უპირატესობებს და წყალში ხმის გავრცელების სარგებელს წყალქვეშა გარემოს სადესანტო სისტემიდან გამოსახულების მიზნით.

PASS ასე მუშაობს: პირველი, სპეციალური მორგებული ლაზერული სისტემა ასხივებს ინფრაწითელ შუქს, რომელიც შეიწოვება წყლის პირველი სანტიმეტრით. მას შემდეგ, რაც ლაზერული შთანთქმა მოხდება, წყალი თერმულად ფართოვდება და ქმნის ხმის ტალღებს, რომლებსაც შეუძლიათ წყალში გადაადგილება.

„ეს ხმის ტალღები ახლა მოქმედებს როგორც წყალში არსებული სონარის სიგნალი, რომელიც დისტანციურად წარმოიქმნება ლაზერის გამოყენებით“, - განაგრძო ფიცპატრიკმა. „ხმოვანი ტალღები აირეკლავს წყალქვეშა ობიექტებს და მიემგზავრება უკან წყლის ზედაპირისკენ. ამ ბგერის ნაწილი - მხოლოდ დაახლოებით 0,06 პროცენტი - კვეთს ჰაერ-წყლის ინტერფეისს და მიემართება საჰაერო სადესანტო სისტემისკენ. მაღალი მგრძნობელობის ხმის მიმღებები ან გადამყვანები იჭერენ ამ ხმის ტალღებს. გადამყვანები [შემდეგ] გარდაქმნიან ხმის ენერგიას ელექტრულ სიგნალებად, რომლებიც შეიძლება გადავიდნენ გამოსახულების აღდგენის ალგორითმებში, რათა შექმნან აღქმადი სურათი.

ნივთები, რომლებიც დევს ქვემოთ

ჯერჯერობით, PASS არის სამუშაო პროცესი. გუნდმა აჩვენა მაღალი გარჩევადობის, სამგანზომილებიანი გამოსახულება კონტროლირებად ლაბორატორიულ გარემოში. მაგრამ ეს, ფიცპატრიკმა აღიარა, არის „დიდი თევზის ავზის ზომის კონტეინერში“, თუმცა ტექნოლოგია ახლა „სცენასთან ახლოსაა“, სადაც ის შეიძლება განლაგდეს დიდ საცურაო აუზზე.

რა თქმა უნდა, მცირე განსხვავებაა დიდ საცურაო აუზსა და დედამიწის ოკეანეების მთელ ნაწილს შორის და ეს გაცილებით მეტ სამუშაოს მოითხოვს. კერძოდ, დიდი გამოწვევა, რომელიც უნდა გადაიჭრას უფრო დიდ, უფრო უკონტროლო გარემოში ტესტირებამდე, არის ის, თუ როგორ უნდა დაძლიოთ გამოსახულება წყლის მეშვეობით ტურბულენტური ზედაპირის ტალღებით. ფიცპატრიკმა თქვა, რომ ეს არის თავბრუდამხვევი, მაგრამ ეს არის ის, რომელსაც „აუცილებლად აქვს შესაძლებელი გადაწყვეტილებები“, რომლებზეც ზოგიერთზე გუნდი უკვე მუშაობს.

”PASS შეიძლება გამოყენებულ იქნას ამოუცნობი წყლების სიღრმეების გამოსაკვლევად, ბიოლოგიური გარემოს შესამოწმებლად, დაკარგული ნანგრევების მოსაძებნად და პოტენციურად ბევრი სხვა რამისთვის,” - თქვა მან. ”არ არის უცნაური,” დასძინა მან, ”ჩვენ ჯერ არ უნდა გამოვიკვლიოთ მთელი დედამიწა, რომელზეც ვცხოვრობთ? შესაძლოა PASS-მა შეცვალოს ეს“.

ჰაერისა და წყლის ინტერფეისის გადასაჭრელად სინათლისა და ხმის შერწყმა იქნება თამაშის შეცვლა. Და ამის შემდეგ? შემოიტანეთ თვითმფრინავების რუკების არმია, რათა საბოლოოდ დაგვეხმაროს დაგვანახოს რა დევს ოკეანის ზედაპირის ქვეშ.

იყო ნაშრომი, რომელიც აღწერდა PASS პროექტს ახლახან გამოქვეყნდა ჟურნალში IEEE Access.

რედაქტორების რეკომენდაციები

• ჭკვიან ახალ ჰაპტიკურ ჟილეტს შეუძლია მაშველ ძაღლებს მილის მანძილზე ბრძანებების აღების საშუალება მისცეს