En venn av meg som jobber med spilldesign viste meg nylig en 3D-modell av jorden, gjengitt i stor detalj ved hjelp av topografisk nøyaktige satellittdata, slik at vi kunne sveve gjennom kløfter og våre respektive nabolag i høy hastighet som et par joyriding Supre menn. "La oss se om vi kan gå under vann," sa han opprømt mens vi fløy ut over Stillehavet.
Innhold
- Problemet med lidar, problemet med ekkolodd
- Hva kommer til PASS
- Tingene som ligger under
Vi kunne ikke. Modellen, så forbløffende nøyaktig på land, hadde tilsynelatende null data for å modellere det undersjøiske miljøet. Det var et ikke gjengitt tomrom under vannets glassaktige overflate, som om dette var en subakvatisk versjon av Truman Show, og vi hadde nådd verdens ende.
Anbefalte videoer
Ingen av oss ble spesielt overrasket. Sjokket ville vært hvis havene hadde blitt gjengitt. Hvor skulle den informasjonen komme fra? Og hvor nøyaktig ville det vært? Det ville ha betydd at modellens skapere visste noe som selv verdens fremste havforskere ikke vet.
For all den forsvarlige spenningen rundt å utforske verdensrommet på 2020-tallet (Elon Musk er "svært selvsikker” at mennesker vil skyte mot Mars innen 2026), forblir planetens hav et stort sett ukjent og ukjent domene som er mye nærmere hjemmet. Vann dekker rundt 71 prosent av jordoverflaten, og ferskvannet vi drikker står for små 3 prosent, litt mer enn en avrundingsfeil. Men det overveldende flertallet av jordens hav - opptil 95 prosent - er et uutforsket mysterium.
Selv om vi fortsatt er langt unna en Google Street View-ekvivalent for den undersjøiske verden, gjennomføres et nytt prosjekt ut av forskere ved Stanford University kan bane vei for akkurat noe slikt i fremtiden - og mye mer i tillegg. Se for deg å kunne fly et fly over en vannstrekning og se, med absolutt klarhet, hva som skjuler seg under bølgene.
Det høres umulig ut. Som det viser seg, er det bare veldig, veldig vanskelig.
Problemet med lidar, problemet med ekkolodd
"Å avbilde undervannsmiljøer fra et luftbårent system er en utfordrende oppgave, men en som har mange potensielle bruksområder," Aidan James Fitzpatrick, en doktorgradsstudent ved Stanford Universitys avdeling for og elektroteknikk, fortalte Digital Trends.
Den åpenbare kandidaten for denne bildebehandlingsjobben er lidar. Lidar er den sprettet laserteknologi mest kjent for å hjelpe (ikke-Tesla) autonome kjøretøy med å oppfatte verden rundt dem. Det fungerer ved å sende ut pulserende lysbølger og deretter måle hvor lang tid det tar å sprette av objekter og gå tilbake til sensoren. Ved å gjøre dette kan sensoren beregne hvor langt lyspulsen reiste og som et resultat bygge opp et bilde av verden rundt den. Mens selvkjørende biler fortsatt er den mest kjente bruken av lidar, kan den brukes som et kraftig kartleggingsverktøy også i andre sammenhenger. For eksempel brukte forskere det i 2016 til avdekke en forsvunnet by skjult under tett løvverk i den kambodsjanske jungelen.
Lidar er imidlertid ikke passende for denne typen kartlegging. Selv om avanserte lidar-systemer med høy effekt fungerer godt i ekstremt klart vann, har mye av havet - spesielt kystvann - en tendens til å være grumsete og ugjennomsiktig for lys. Som et resultat, sa Fitzpatrick, har mye av undervannsavbildningen utført til dags dato basert seg på ekkoloddsystemer i vann som bruker lydbølger som lett kan forplante seg gjennom grumsete vann.
Dessverre er det en hake her også. Ekkoloddsystemer i vann er montert på, eller slept av, en saktegående båt. Avbildning fra luften, ved hjelp av et flygende luftbårent kjøretøy, ville være mer effektivt siden det kan dekke et mye større område på kortere tid. Men det er umulig siden lydbølger ikke kan passere fra luft til vann og deretter tilbake igjen uten å miste 99,9999 prosent av energien.
Hva kommer til PASS
Følgelig, mens lidar- og radarsystemer har kartlagt hele jordens landskap (vekt på "land"), har bare rundt 5 prosent av det globale farvannet vært gjenstand for lignende bildebehandling og kartlegging. Det tilsvarer et verdenskart som bare viser Australia, og etterlater resten av det mørkt som noe uutforsket Age of Empires kart.
"Vårt mål er å foreslå en teknologi som kan monteres på et flygende kjøretøy for å gi storskala dekning mens vi bruker en bildeteknikk som er robust i grumsete vann," sa Fitzpatrick. "For å gjøre dette utvikler vi det vi har laget et fotoakustisk luftbåren sonarsystem. PASS utnytter fordelene med lysutbredelse i luft og lydforplantning i vann for å avbilde undervannsmiljøer fra et luftbårent system."
PASS fungerer slik: For det første avfyrer et spesialtilpasset lasersystem et utbrudd av infrarødt lys som absorberes av den første centimeteren med vann. Når laserabsorpsjon har funnet sted, utvider vannet seg termisk, og skaper lydbølger som er i stand til å bevege seg inn i vannet.
"Disse lydbølgene fungerer nå som et sonarsignal i vann som ble eksternt generert ved hjelp av laseren," fortsatte Fitzpatrick. "Lydbølgene vil reflektere fra undervannsobjekter og reise tilbake mot vannoverflaten. Noe av denne lyden – bare rundt 0,06 prosent – krysser luft-vann-grensesnittet og beveger seg opp mot det luftbårne systemet. Høyfølsomme lydmottakere, eller transdusere, fanger opp disse lydbølgene. Svingerne konverterer deretter lydenergien til elektriske signaler som kan sendes gjennom bilderekonstruksjonsalgoritmer for å danne et merkbart bilde."
Tingene som ligger under
Så langt er PASS et arbeid som pågår. Teamet har demonstrert høyoppløselig, tredimensjonal bildebehandling i et kontrollert laboratoriemiljø. Men dette, erkjente Fitzpatrick, er i en "beholder på størrelse med en stor fisketank", selv om teknologien nå er "nær scenen" der den kan utplasseres over et stort svømmebasseng.
Det er selvfølgelig en liten forskjell mellom et stort svømmebasseng og hele jordens hav, og dette vil kreve betydelig mer arbeid. Spesielt en stor utfordring som må løses før testing i større, mer ukontrollerte miljøer er hvordan man takler bildebehandling gjennom vann med turbulente overflatebølger. Fitzpatrick sa at dette er en hodeskraper, men det er en som "sikkert har gjennomførbare løsninger", hvorav noen teamet allerede jobber med.
"PASS kan brukes til å kartlegge dypet av ukjente farvann, kartlegge biologiske miljøer, lete etter tapte vrakdeler og potensielt mye mer," sa han. "Er det ikke rart," la han til, "at vi ennå ikke har utforsket hele jorden vi lever på? Kanskje PASS kan endre dette.»
Å kombinere lys og lyd for å løse luft-vann-grensesnittet ville være en game changer. Og etter det? Ta med hæren av kartleggingsdroner for å endelig hjelpe til med å vise oss hva som ligger under havoverflaten.
Et papir som beskriver PASS-prosjektet var nylig publisert i tidsskriftet IEEE Access.
Redaktørenes anbefalinger
- En smart ny haptisk vest kan la redningshunder ta kommandoer på kilometers avstand
