Môj priateľ, ktorý pracuje v oblasti dizajnu hier, mi nedávno ukázal 3D model Zeme, vykreslený veľmi podrobne pomocou topograficky presné satelitné údaje, aby sme mohli stúpať cez kaňony a naše príslušné susedstvá vysokou rýchlosťou ako párová jazda Super muži. "Pozrime sa, či môžeme ísť pod vodu," povedal nadšene, keď sme leteli nad Pacifik.
Obsah
- Problém s lidarom, problém so sonarom
- Čo príde do PASS
- Veci, ktoré ležia pod nimi
nemohli sme. Model, tak úžasne presný na súši, zjavne nemal žiadne údaje, pomocou ktorých by sa dalo modelovať podmorské prostredie. Bola to nevykreslená prázdnota pod skleneným povrchom vody, akoby to bola nejaká subvodná verzia Truman Showa dostali sme sa na koniec sveta.
Odporúčané videá
Ani jeden z nás nebol zvlášť prekvapený. Šok by bol, keby oceány mal boli poskytnuté. Odkiaľ by sa tieto informácie vzali? A aké presné by to bolo? Znamenalo by to, že tvorcovia modelu vedeli niečo, čo nevedia ani poprední svetoví oceánografi.
Napriek všetkému oprávnenému vzrušeniu z objavovania vesmíru v roku 2020 (Elon Musk je „
Aj keď sme stále ďaleko od ekvivalentu Google Street View pre podmorský svet, prebieha nový projekt výskumníci zo Stanfordskej univerzity by mohli v budúcnosti vydláždiť cestu práve pre takúto vec – a ešte oveľa viac okrem toho. Predstavte si, ako môžete letieť lietadlom ponad vodný úsek a úplne jasne vidieť, čo sa skrýva pod vlnami.
Znie to nemožné. Ako sa ukazuje, je to naozaj, naozaj ťažké.
Problém s lidarom, problém so sonarom
„Zobrazovanie prostredia pod vodou zo vzdušného systému je náročná úloha, ktorá však má mnoho potenciálnych aplikácií,“ Aidan James Fitzpatrick, postgraduálny študent na katedre elektrotechniky Stanfordskej univerzity, povedal pre Digital Trends.
Jednoznačným kandidátom na túto zobrazovaciu prácu je lidar. Lidar je technológia odrazeného lasera najznámejší tým, že pomáha (nie Tesla) autonómnym vozidlám vnímať svet okolo seba. Funguje tak, že vyžaruje pulzné svetelné vlny a potom meria, ako dlho trvá, kým sa odrazia od predmetov a vrátia sa k senzoru. Vďaka tomu môže senzor vypočítať, ako ďaleko svetelný impulz prešiel, a v dôsledku toho vytvoriť obraz okolitého sveta. Zatiaľ čo samoriadiace autá zostávajú najznámejším využitím lidaru, dá sa použiť ako výkonný mapovací nástroj aj v iných kontextoch. Napríklad vedci to použili v roku 2016 odhaľte ukryté dávno stratené mesto pod hustým lístím v kambodžskej džungli.
Lidar však nie je vhodný pre tento druh mapovania. Hoci pokročilé, vysokovýkonné lidarové systémy fungujú dobre v extrémne čistých vodách, veľká časť oceánu - najmä pobrežná voda - má tendenciu byť zakalená a nepriehľadná pre svetlo. V dôsledku toho, povedal Fitzpatrick, väčšina doteraz vykonaných podvodných snímkovaní sa spoliehala na systémy sonaru vo vode, ktoré používajú zvukové vlny, ktoré sa môžu ľahko šíriť cez kalné vody.
Bohužiaľ, aj tu je jeden háčik. Sonarové systémy vo vode sú namontované na pomaly sa pohybujúcej lodi alebo sú ňou ťahané. Zobrazovanie zo vzduchu pomocou lietajúceho vzdušného dopravného prostriedku by bolo efektívnejšie, pretože by mohlo pokryť oveľa väčšiu oblasť za kratší čas. Ale je to nemožné, pretože zvukové vlny nemôžu prejsť zo vzduchu do vody a potom späť bez straty 99,9999 percent svojej energie.
Čo príde do PASS
V dôsledku toho, zatiaľ čo lidarové a radarové systémy zmapovali celú zemskú krajinu (s dôrazom na „zeme“), iba približne 5 percent globálnych vôd bolo predmetom podobného zobrazovania a mapovanie. To je ekvivalent mapy sveta, ktorá zobrazuje iba Austráliu a zvyšok necháva temný ako nejaký nepreskúmaný Doba impérií mapa.
"Naším cieľom je navrhnúť technológiu, ktorá sa dá namontovať na lietajúce vozidlo, aby poskytla rozsiahle pokrytie pri použití zobrazovacej techniky, ktorá je odolná v kalnej vode," povedal Fitzpatrick. „Aby sme to dosiahli, vyvíjame to, čo sme vytvorili, systém fotoakustického vzdušného sonaru. PASS využíva výhody šírenia svetla vo vzduchu a šírenia zvuku vo vode na zobrazenie prostredia pod vodou zo vzdušného systému.
PASS funguje takto: Po prvé, špeciálny laserový systém vyžaruje záblesk infračerveného svetla, ktorý je absorbovaný približne prvým centimetrom vody. Akonáhle dôjde k absorpcii lasera, voda sa tepelne roztiahne a vytvorí zvukové vlny, ktoré sú schopné cestovať do vody.
"Tieto zvukové vlny teraz fungujú ako signál sonaru vo vode, ktorý bol na diaľku generovaný pomocou lasera," pokračoval Fitzpatrick. „Zvukové vlny sa budú odrážať od podvodných predmetov a budú sa šíriť späť k vodnej hladine. Časť tohto zvuku – len asi 0,06 percenta – prechádza rozhraním vzduch-voda a šíri sa smerom k vzdušnému systému. Zvukové prijímače alebo prevodníky s vysokou citlivosťou zachytávajú tieto zvukové vlny. Prevodníky [potom] konvertujú zvukovú energiu na elektrické signály, ktoré môžu prejsť cez algoritmy rekonštrukcie obrazu, aby vytvorili vnímateľný obraz.
Veci, ktoré ležia pod nimi
Zatiaľ sa na PASS pracuje. Tím preukázal trojrozmerné zobrazovanie s vysokým rozlíšením v kontrolovanom laboratórnom prostredí. Fitzpatrick však priznal, že je to v „kontajneri veľkosti veľkého akvária“, hoci technológia je teraz „blízko štádia“, kde by mohla byť nasadená nad veľkým bazénom.
Medzi veľkým bazénom a celým zemským oceánom je, samozrejme, malý rozdiel, čo si bude vyžadovať oveľa viac práce. Pred testovaním vo väčších, viac nekontrolovaných prostrediach je potrebné vyriešiť najmä veľkú výzvu, ako sa vysporiadať so zobrazovaním cez vodu s turbulentnými povrchovými vlnami. Fitzpatrick povedal, že je to škrabanec, ale je to také, ktoré „určite má uskutočniteľné riešenia“, na niektorých z nich už tím pracuje.
"PASS by sa dal použiť na mapovanie hĺbok neprebádaných vôd, prieskum biologického prostredia, hľadanie stratených vrakov a potenciálne oveľa viac," povedal. „Nie je zvláštne,“ dodal, „že ešte musíme preskúmať celú Zem, na ktorej žijeme? Možno to PASS môže zmeniť.“
Kombinácia svetla a zvuku s cieľom vyriešiť rozhranie vzduch-voda by zmenila hru. A potom? Zapojte armádu mapovacích dronov, aby nám konečne pomohli ukázať, čo sa skrýva pod hladinou oceánu.
Dokument popisujúci projekt PASS bol nedávno publikované v časopise IEEE Access.
Odporúčania redaktorov
- Nová šikovná haptická vesta by mohla umožniť záchranárskym psom preberať príkazy na míle ďaleko
