Eine sprachaktivierte Kamera kann die Meere erkunden

Die Erforschung der Tiefsee mit an Kabeln angeschlossenen Sonden ist schwierig, und die Batterien müssen regelmäßig aufgeladen werden.

Etwas mehr als 70 Prozent der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt. Die Tatsache, dass wir weniger über die tiefen Ozeane wissen als über die andere Seite des Mondes, ist Gegenstand unzähliger Science-Fiction-Erzählungen, hat aber wenig reale Grundlage. Für die Tiefsee mag das auch heute noch gelten, denn Schätzungen zufolge kennen wir nur etwa ein Drittel der dort lebenden Exoten. Aber auch für die Abschätzung der Folgen des Klimawandels ist die Kenntnis von Tiefseeorganismen entscheidend, wie Beispiele aus der Vergangenheit des Planeten zeigen. Meeresforschung ist jedoch ressourcenintensiv und teuer.

Das MIT-Forschungsteam beschäftigt sich mit der Schwierigkeit von Langzeitbeobachtungen unter Wasser in Echtzeit und nennt die heutigen kabelgebundenen Systeme als Hindernis. Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Team eine drahtlose, batterielose Unterwasserkamera, die nur über Sprache verfügt und die Meeresforschung revolutionieren könnte. In der Zeitschrift Nature Communications eingeführt Gerät arbeitet 100.000 Mal energieeffizienter als bisher in der Forschung eingesetzte Unterwasserkameras.

Das neue Gerät besteht aus einem zentralen Element, das einen Bildsensor und eine Elektronik sowie ein Blitzgerät enthält, und sein vielleicht auffälligstes Merkmal ist das Fehlen einer Batterie. Stattdessen dient Schall als Energiequelle. Wasser überträgt Schall besser als Luft, und selbst abgesehen von künstlichen Schallquellen zirkuliert im Ozean genug Energie, um elektronische Geräte wie die neu erfundene Kamera mit Strom zu versorgen.


Um Schall in Strom umzuwandeln, setzte das Forschungsteam auf Piezoelektrizität. Letzteres ist eine Eigenschaft bestimmter Kristalle wie Quarz: Dank ihrer speziellen chemischen Struktur reagieren sie auf Druck mit einer elektrischen Spannung. Diese Energie wird gesammelt, bis sie ausreicht, um ein Foto zu machen und zu versenden. Das Besondere an der Neuentwicklung ist, dass sie auch bei schlechten Lichtverhältnissen im Meer Farbbilder aufnehmen kann, obwohl der Bildsensor aus Energiespargründen nur Schwarz-Weiß-Bilder zulässt. “Als wir als Kinder in den Kunstunterricht gingen, haben wir gelernt, dass alle Farben aus drei Grundfarben gemacht werden können” – er erklärte Gleiches gilt laut Fadel Adib, einem der Autoren der Studie, für Computerbilder. Die vorgeschlagene Lösung verwendet nun drei verschiedene LED-Blinklichter in Rot, Grün und Blau. Die Kamera nimmt also tatsächlich drei Bilder kurz hintereinander auf, die sie zu einem einzigen Farbbild zusammenfügt. Möglich wird dies durch die völlige Dunkelheit in der Tiefe.

Allerdings stellt sich bei drahtlosen Forschungssonden die Frage, wie die Bilder übertragen werden. Auch hier verfolgte das Team einen völlig neuen Ansatz. Auch die Bilddaten werden bitweise per Ton übertragen. Um Energie zu sparen, befindet sich die Tonquelle jedoch nicht auf der Kamera, sondern auf dem Empfänger. Der Empfänger sendet Schallimpulse aus und der Spiegel an der Kamera reflektiert oder absorbiert sie. Der Empfänger ist in der Lage, die Informationen aus dem Reflexionsmuster der Kamera zu rekonstruieren. „Dieser Prozess verbraucht fünf Größenordnungen weniger Strom als typische Unterwasserkommunikationssysteme, da nur ein einziger Schalter erforderlich ist, um das Gerät von einem nicht-reflektierenden Zustand in einen reflektierenden Zustand umzuwandeln“, erklärte Sayed Saad Afzal.


Das Team testete die neue Lösung in verschiedenen Oberflächengewässern und konnte ihre Funktionalität erfolgreich demonstrieren. Die Datenübertragung wurde bisher nur bis zu einer Reichweite von 40 Metern getestet. Im nächsten Schritt wird geprüft, wie dieser Wert erhöht werden kann. Zusätzlich erhält die Kamera einen Speicher, der es ermöglicht Videos aufzunehmen. Fadel Adib, MIT-Professor und Leiter der Gruppe Signal Cinetics, sagte, das wichtigste Anwendungsgebiet der neuen Entwicklung sei die Klimaforschung. „Wir machen Klimamodelle, aber wir haben keine Daten von mehr als 95 Prozent des Ozeans. Diese Technologie kann uns helfen, genauere Klimamodelle zu erstellen und wir können besser verstehen, wie sich der Klimawandel auf die Unterwasserwelt auswirkt“, betonte der Spezialist.

Source: SG.hu Hírmagazin – IT/Tech by sg.hu.

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