Мапирање целог дна океана - са неба?

Мој пријатељ који се бави дизајном игара недавно ми је показао 3Д модел Земље, веома детаљно приказан топографски тачне сателитске податке, како бисмо могли да летимо кроз кањоне и наше комшилуке великом брзином као пар радосне вожње Супер Мен. „Да видимо да ли можемо да идемо под воду“, рекао је, узбуђен, док смо летели изнад Пацифика.

нисмо могли. Модел, тако запањујуће прецизан на копну, очигледно није имао података са којима би моделирао подморско окружење. Била је то неиспуњена празнина испод стакласте површине воде, као да је ово нека субакватична верзија Труманов шоу, и стигли смо до краја света.

Нико од нас није био посебно изненађен. Шок би био да океани имао бе рендеред. Одакле би та информација дошла? И колико би то било тачно? То би значило да су креатори модела знали нешто што чак ни водећи светски океанографи не знају.

Уз сво оправдано узбуђење око истраживања свемира 2020-их (Елон Муск је „

високо самоуверен” да ће људи ракетирати према Марсу до 2026. године), океани наше планете остају углавном неистражен и непознат домен који је много ближи кући. Вода покрива око 71 одсто Земљине површине, а слатка вода коју пијемо чини минијатурних 3 процента, мало више од грешке заокруживања. Али огромна већина Земљиних океана - до 95 посто - је неистражена мистерија.

Иако смо још увек далеко од еквивалента Гоогле Стреет Виев-а за подморски свет, нови пројекат је у току које су открили истраживачи са Универзитета Станфорд, могли би утрти пут за такву ствар у будућности - и још много тога Осим тога. Замислите да можете да летите авионом изнад воденог дела и са апсолутном јасноћом видите шта се крије испод таласа.

Звучи немогуће. Како се испоставило, то је једноставно, стварно тешко.

Проблем са лидаром, проблем са сонаром

„Снимање подводног окружења из ваздушног система је изазован задатак, али има много потенцијалних примена“, Ејдан Џејмс Фицпатрик, дипломирани студент на одсеку и електротехнику Универзитета Станфорд, рекао је за Дигитал Трендс.

Очигледни кандидат за овај посао снимања је лидар. Лидар је технологија одбијеног ласера најпознатији по томе што помаже (не-Тесла) аутономним возилима да сагледају свет око себе. Ради тако што емитује пулсне светлосне таласе, а затим мери колико им је потребно да се одбију од објеката и врате до сензора. Ово омогућава сензору да израчуна колико је далеко путовао светлосни пулс и, као резултат, да изгради слику света око себе. Док су аутомобили који се сами возе и даље најпознатија употреба лидара, он се може користити као моћан алат за мапирање иу другим контекстима. На пример, истраживачи су га користили 2016 открити скривени давно изгубљени град испод густог покривача лишћа у камбоџанској џунгли.

Међутим, Лидар није прикладан за ову врсту мапирања. Иако напредни, лидарски системи велике снаге раде добро у изузетно чистим водама, већи део океана — посебно приобалне воде — има тенденцију да буде мутан и непрозиран за светлост. Као резултат тога, рекао је Фицпатрик, већина до сада изведених подводних слика ослањала се на сонарне системе у води који користе звучне таласе који могу са лакоћом да се шире кроз мутне воде.

Нажалост, и овде постоји квака. Сонарни системи у води се монтирају на чамац који се споро креће или их вуче. Снимање из ваздуха, коришћењем летећег ваздушног возила, било би ефикасније јер би могло да покрије много веће подручје за мање времена. Али то је немогуће јер звучни таласи не могу да пређу из ваздуха у воду, а затим назад, а да не изгубе 99,9999 процената своје енергије.

Шта долази до ПРОЛАЗИ

Сходно томе, док су лидарски и радарски системи мапирали цео Земљин пејзаж (нагласак на „копно“), само око 5 процената глобалних вода је било предмет сличних снимања и мапирање. То је еквивалент мапи света која приказује само Аустралију, а остатак оставља тамним као нека неистражена Доба империја Мапа.

„Наш циљ је да предложимо технологију која се може монтирати на летеће возило како би се обезбедила покривеност великих размера уз коришћење технике снимања која је робусна у мутној води“, рекао је Фицпатрик. „Да бисмо то урадили, развијамо оно што смо сковали фотоакустични ваздушни сонар систем. ПАСС користи предности ширења светлости у ваздуху и ширења звука у води за снимање подводног окружења из ваздушног система.

ПАСС функционише овако: Прво, посебан прилагођени ласерски систем испаљује рафал инфрацрвене светлости коју апсорбује први центиметар воде. Када дође до ласерске апсорпције, вода се термички шири, стварајући звучне таласе који могу да путују у воду.

„Ови звучни таласи сада делују као сонарни сигнал у води који је даљински генерисан помоћу ласера“, наставио је Фицпатрик. „Звучни таласи ће се рефлектовати од подводних објеката и путовати назад према површини воде. Део овог звука – само око 0,06 процената – прелази преко интерфејса ваздух-вода и путује према ваздушном систему. Пријемници или претварачи звука високе осетљивости хватају ове звучне таласе. Трансдуктори [тада] претварају звучну енергију у електричне сигнале који се могу проћи кроз алгоритме за реконструкцију слике да би се формирала уочљива слика."

Ствари које леже испод

До сада, ПАСС је у току. Тим је показао тродимензионално снимање високе резолуције у контролисаном лабораторијском окружењу. Али ово је, признао је Фицпатрик, у „контејнеру величине великог акваријума“, иако је технологија сада „близу фазе“ у којој би могла да буде распоређена на великом базену.

Наравно, постоји мала разлика између великог базена и читавих Земљиних океана, а то ће захтевати знатно више посла. Конкретно, велики изазов који треба решити пре тестирања у већим, неконтролисаним окружењима је како се ухватити у коштац са снимањем кроз воду са турбулентним површинским таласима. Фицпатрик је рекао да је ово проблем за главу, али да „сигурно има изводљива решења“, на некима од којих тим већ ради.

„ПАСС би се могао користити за мапирање дубина непознатих вода, истраживање биолошког окружења, тражење изгубљених олупина и потенцијално много више“, рекао је он. „Зар није чудно“, додао је, „што тек треба да истражимо целу Земљу на којој живимо? Можда ПАСС може ово да промени.”

Комбиновање светлости и звука како би се решио интерфејс ваздух-вода би променило игру. И након тога? Доведите војску дронова за мапирање да нам коначно помогну да покажете шта се налази испод површине океана.

Рад који описује пројекат ПАСС био је недавно објављен у часопису ИЕЕЕ Аццесс.

Препоруке уредника

• Паметан нови хаптички прслук могао би да омогући псима спасиоцима да преузимају команде на миљама