Tüm Okyanus Tabanını Haritalamak - Gökyüzünden mi?

Oyun tasarımında çalışan bir arkadaşım yakın zamanda bana Dünya'nın topoğrafik yöntemler kullanılarak çok detaylı bir şekilde oluşturulmuş 3 boyutlu bir modelini gösterdi. doğru uydu verileri, böylece kanyonlarda ve ilgili mahallelerimizde bir çift eğlence aracı gibi yüksek hızda uçabiliyorduk Süper adamlar. Pasifik üzerinde uçarken, heyecanla, "Bakalım su altına gidebilecek miyiz?" dedi.

Yapamadık. Karada şaşırtıcı derecede doğru olan model, görünüşe göre denizaltı ortamını modellemek için sıfır veriye sahipti. Suyun camsı yüzeyinin altında işlenmemiş bir boşluk vardı, sanki bu bir tür deniz altı versiyonuydu. Truman Şovve dünyanın sonuna gelmiştik.

İkimiz de özellikle şaşırmadık. Okyanuslar olsaydı şok olurdu vardı render edildi. Bu bilgi nereden gelmiş olabilir? Peki bu ne kadar doğru olurdu? Bu, modelin yaratıcılarının dünyanın önde gelen oşinograflarının bile bilmediği bir şeyi bildiği anlamına geliyordu.

2020'lerde uzayı keşfetme konusundaki tüm haklı heyecana rağmen (Elon Musk "son derece kendinden emin"insanların 2026 yılına kadar Mars'a doğru roket hızıyla ilerleyeceğine dair öngörü), gezegenimizin okyanusları, eve çok daha yakın, büyük ölçüde keşfedilmemiş ve bilinmeyen bir alan olmaya devam ediyor. Su, Dünya yüzeyinin yaklaşık yüzde 71'ini kaplıyor; içtiğimiz tatlı su maddeleri ise yüzde 3'lük çok küçük bir orana karşılık geliyor, bu da bir yuvarlama hatasından biraz daha fazlası. Ancak Dünya'daki okyanusların büyük çoğunluğu (yüzde 95'e kadar) keşfedilmemiş bir gizemdir.

Denizaltı dünyasına yönelik bir Google Street View eşdeğerinden hala çok uzakta olsak da, yeni bir proje yürütülüyor Stanford Üniversitesi'ndeki araştırmacıların ortaya çıkardığı sonuçlar, gelecekte böyle bir şeyin ve çok daha fazlasının önünü açabilir. Ayrıca. Bir uçağı suyun üzerinde uçurabildiğinizi ve dalgaların altında neyin saklandığını mutlak netlikle görebildiğinizi hayal edin.

İmkansız gibi görünüyor. Görünüşe göre bu gerçekten çok zor.

Lidar sorunu, sonar sorunu

"Su altı ortamlarını havadaki bir sistemden görüntülemek zorlu bir iştir ancak birçok potansiyel uygulamaya sahiptir." Aidan James FitzpatrickStanford Üniversitesi elektrik mühendisliği bölümü yüksek lisans öğrencisi Digital Trends'e şunları söyledi:

Bu görüntüleme işinin bariz adayı Lidar'dır. Lidar sıçrayan lazer teknolojisi En çok (Tesla olmayan) otonom araçların etraflarındaki dünyayı algılamasına yardımcı olmasıyla ünlüdür. Darbeli ışık dalgaları yayarak ve ardından bunların nesnelerden yansıyıp sensöre geri dönmesinin ne kadar sürdüğünü ölçerek çalışır. Bunu yapmak, sensörün ışık darbesinin ne kadar uzağa gittiğini hesaplamasına ve bunun sonucunda etrafındaki dünyanın bir resmini oluşturmasına olanak tanır. Sürücüsüz arabalar, Lidar'ın en bilinen kullanımı olmayı sürdürürken, diğer bağlamlarda da güçlü bir haritalama aracı olarak kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar bunu 2016 yılında şunu yapmak için kullandılar: uzun süredir kayıp olan gizli bir şehri ortaya çıkarın Kamboçya ormanındaki yoğun bitki örtüsünün altında.

Ancak Lidar bu tür bir haritalama için uygun değil. Gelişmiş, yüksek güçlü lidar sistemleri son derece berrak sularda iyi performans gösterse de, okyanusların çoğu, özellikle de kıyı suları, bulanık ve ışığı geçirmeyen bir yapıya sahip olma eğilimindedir. Sonuç olarak Fitzpatrick, bugüne kadar gerçekleştirilen su altı görüntülemelerinin çoğunun, bulanık sularda kolaylıkla yayılabilen ses dalgalarını kullanan su içi sonar sistemlerine dayandığını söyledi.

Ne yazık ki burada da bir sorun var. Su içi sonar sistemleri yavaş hareket eden bir tekneye monte edilir veya bu tekne tarafından çekilir. Uçan bir hava aracı kullanılarak havadan görüntüleme, çok daha kısa sürede çok daha büyük bir alanı kapsayabileceğinden daha etkili olacaktır. Ancak ses dalgalarının enerjisinin yüzde 99,9999'unu kaybetmeden havadan suya geçip sonra geri dönmesi mümkün olmadığından bu mümkün değildir.

PASS'a ne geliyor?

Sonuç olarak, lidar ve radar sistemleri tüm Dünya manzarasının haritasını çıkarırken “kara”), küresel suların yalnızca yüzde 5'i benzer görüntülemeye konu olmuştur ve haritalama. Bu, yalnızca Avustralya'yı gösteren ve geri kalanını keşfedilmemiş bazı yerler gibi karanlık bırakan bir dünya haritasına eşdeğerdir. İmparatorlukların Çağı harita.

Fitzpatrick, "Amacımız, bulanık suda dayanıklı bir görüntüleme tekniği kullanırken geniş ölçekli kapsama sağlamak için uçan bir araca monte edilebilecek bir teknoloji önermek" dedi. "Bunu yapmak için, Fotoakustik Havadan Sonar Sistemi adını verdiğimiz sistemi geliştiriyoruz. PASS, havadaki bir sistemden su altı ortamlarını görüntülemek için havada ışık yayılımının ve suda ses yayılımının avantajlarından yararlanıyor.”

PASS şu şekilde çalışır: İlk olarak, özel bir özel lazer sistemi, suyun ilk santimetresi tarafından emilen bir kızılötesi ışık patlaması ateşler. Lazer emilimi meydana geldiğinde su termal olarak genişler ve suya ilerleyebilen ses dalgaları oluşturur.

Fitzpatrick şöyle devam etti: "Bu ses dalgaları artık lazer kullanılarak uzaktan üretilen bir su içi sonar sinyali görevi görüyor." "Ses dalgaları su altındaki nesnelerden yansıyacak ve su yüzeyine doğru geri dönecek. Bu sesin bir kısmı (sadece yaklaşık yüzde 0,06) hava-su arayüzünü geçerek havadaki sisteme doğru ilerliyor. Yüksek hassasiyetli ses alıcıları veya dönüştürücüler bu ses dalgalarını yakalar. Dönüştürücüler daha sonra ses enerjisini, algılanabilir bir görüntü oluşturmak için görüntü yeniden yapılandırma algoritmalarından geçirilebilecek elektrik sinyallerine dönüştürür."

Altında yatan şeyler

PASS şu ana kadar devam eden bir çalışmadır. Ekip, kontrollü bir laboratuvar ortamında yüksek çözünürlüklü, üç boyutlu görüntüleme gösterdi. Ancak Fitzpatrick, teknolojinin artık büyük bir yüzme havuzuna yerleştirilebileceği "sahneye yakın" olmasına rağmen, bunun "büyük bir akvaryum büyüklüğünde bir kapta" olduğunu kabul etti.

Elbette büyük bir yüzme havuzu ile Dünya'daki okyanusların tamamı arasında ufak bir fark vardır ve bu, çok daha fazla çalışma gerektirecektir. Özellikle, daha büyük, daha kontrolsüz ortamlarda test yapmadan önce çözülmesi gereken büyük bir zorluk, türbülanslı yüzey dalgalarıyla su yoluyla görüntülemenin nasıl ele alınacağıdır. Fitzpatrick bunun kafa karıştırıcı olduğunu ancak ekibin halihazırda üzerinde çalıştığı "kesinlikle uygulanabilir çözümleri olan" bir çözüm olduğunu söyledi.

"PASS, keşfedilmemiş suların derinliklerini haritalamak, biyolojik ortamları araştırmak, kayıp enkazları aramak ve potansiyel olarak çok daha fazlası için kullanılabilir" dedi. "Üzerinde yaşadığımız Dünya'nın tamamını henüz keşfetmemiş olmamız tuhaf değil mi?" diye ekledi. Belki PASS bunu değiştirebilir.”

Hava-su arayüzünü çözmek için ışık ve sesi birleştirmek oyunun kurallarını değiştirecektir. Ve ondan sonra? Okyanus yüzeyinin altında ne olduğunu nihayet bize göstermeye yardım etmek için haritalama dronları ordusunu görevlendirin.

PASS projesini anlatan bir makale yakın zamanda IEEE Access dergisinde yayınlandı.

Editörlerin Önerileri

• Akıllı yeni dokunsal yelek, kurtarma köpeklerinin kilometrelerce uzaktan komut almasına izin verebilir