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Una telecamera wireless senza batterie potrebbe facilitare l'esplorazione subacquea

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Il dispositivo potrebbe aiutare gli scienziati a esplorare regioni sconosciute dell'oceano, a tracciare l'inquinamento o a monitorare gli effetti del cambiamento climatico.

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Uno degli ostacoli all'esplorazione sottomarina è stato il costo elevato dell'alimentazione delle telecamere, che comporta il collegamento della telecamera a una nave da ricerca o l'invio di una nave per ricaricare le batterie. Nel tentativo di risolvere questo problema, i ricercatori del MIT hanno sviluppato una telecamera subacquea senza fili e priva di batterie che, a quanto pare, è molto più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alle altre telecamere sottomarine.

La fotocamera autonoma è progettata per scattare foto a colori, anche in ambienti subacquei bui, e trasmette i dati delle immagini in modalità wireless attraverso l'acqua. La fotocamera converte l'energia meccanica delle onde sonore che attraversano l'acqua in energia elettrica, che a sua volta alimenta le apparecchiature di imaging e comunicazione. La fotocamera utilizza anche le onde sonore per trasmettere i dati delle immagini catturate a un ricevitore che ricostruisce l'immagine

Senza bisogno di una fonte di energia, la fotocamera può potenzialmente funzionare per settimane prima di essere recuperata. Ciò consentirebbe agli scienziati di condurre esplorazioni sottomarine in regioni remote, nonché di aiutare gli scienziati ambientali a catturare immagini dell'inquinamento oceanico o a monitorare la salute e la crescita dei pesci allevati negli allevamenti di acquacoltura.

"Una delle applicazioni più interessanti di questa telecamera per me è il monitoraggio del clima", ha dichiarato Fadel Adib, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica e direttore del gruppo Signal Kinetics del MIT Media Lab, nonché autore senior di un nuovo articolo sul sistema. "Stiamo costruendo modelli climatici, ma ci mancano i dati di oltre il 95% dell'oceano. Questa tecnologia potrebbe aiutarci a costruire modelli climatici più accurati e a comprendere meglio l'impatto dei cambiamenti climatici sul mondo sottomarino"

Oltre ad Adib, sono coautori e assistenti di ricerca del gruppo Signal Kinetics Sayed Saad Afzal, Waleed Akbar e Osvy Rodriguez, nonché il ricercatore Unsoo Ha e gli ex ricercatori del gruppo Mario Doumet e Reza Ghaffarivardavagh.

Raccolta di energia

Per costruire la telecamera, gli scienziati si sono basati sui principi della raccolta di energia. La telecamera acquisisce energia utilizzando trasduttori fatti di materiali piezoelettrici posizionati all'esterno. Quando un'onda sonora che attraversa l'acqua colpisce i trasduttori piezoelettrici, questi vibrano e convertono l'energia meccanica in energia elettrica.

Le onde sonore possono provenire da qualsiasi fonte. La fotocamera immagazzina l'energia raccolta finché non ne accumula abbastanza per alimentare l'elettronica che scatta le foto e comunica i dati.

Per le funzioni della fotocamera, gli scienziati hanno utilizzato sensori di imaging a bassissimo consumo, già pronti per l'uso. Ma per ottenere l'illuminazione necessaria in ambienti sottomarini bui e per produrre un'immagine a colori, gli scienziati hanno utilizzato LED rossi, verdi e blu (RGB) per illuminare l'immagine in scala di grigi catturata. La luce colorata rossa, verde e blu si riflette nella parte bianca di ogni foto e i dati dell'immagine vengono combinati in post-elaborazione per ricostruire l'immagine a colori.

Trasmissione del suono sott'acqua

Utilizzando un processo chiamato backscatter subacqueo, la fotocamera invia i dati dell'immagine digitale a un ricevitore. Il ricevitore trasmette le onde sonore attraverso l'acqua alla telecamera, che agisce come uno specchio per riflettere tali onde. La telecamera riflette un'onda verso il ricevitore oppure trasforma il suo specchio in un assorbitore in modo da non rifletterla.

Un idrofono vicino al trasmettitore rileva se un segnale viene riflesso dalla telecamera. Il sistema utilizza informazioni binarie per ricostruire e post-elaborare l'immagine.

"L'intero processo, poiché richiede un solo interruttore per convertire il dispositivo da uno stato non riflettente a uno riflettente, consuma cinque ordini di grandezza in meno rispetto ai tipici sistemi di comunicazione subacquea", ha dichiarato Sayed Saad Afzal, assistente alla ricerca del gruppo Signal Kinetics.

Dopo aver costruito un prototipo funzionante e averlo testato in diversi ambienti subacquei, i ricercatori intendono migliorare il dispositivo per poterlo utilizzare in ambienti reali. Vogliono aumentare la memoria della fotocamera in modo che possa catturare foto in tempo reale, trasmettere immagini in streaming o persino girare video subacquei. Gli scienziati vogliono anche estendere il raggio d'azione della fotocamera oltre i 40 metri dal ricevitore utilizzato nelle prove, consentendo così alla fotocamera di operare in un maggior numero di ambienti subacquei.