Підводні дрони навчилися "розмовляти" без спливання: вчені створили нову антену

Інженери з Університету Флориди представили нову технологію бездротового зв'язку для роботи під водою. Розробка отримала назву BlueME і базується на магнітоелектричних антенах, здатних передавати та приймати сигнали дуже низької та низької частоти. Про це пише Gizmodo.

Як нова антена вирішує проблему підводного зв'язку?

Результати дослідження були опубліковані в науковому журналі IEEE Journal of Oceanic Engineering. Проблема підводного зв'язку існує вже десятиліттями. Вода дуже погано пропускає більшість радіосигналів, які використовуються на поверхні. Саме тому Bluetooth, Wi-Fi та мобільний зв'язок практично не працюють під водою. Наприклад, вода активно поглинає сигнал Bluetooth через його робочу частоту 2,4 гігагерца.

Через це підводні апарати зазвичай використовують акустичний зв'язок, тобто передачу інформації за допомогою звукових хвиль. Однак такий спосіб має низьку швидкість передачі даних і чутливий до перешкод.

Всього 10 ватів для зв'язку на 700 метрів

Керівник проєкту Мохаммад Джахідул Іслам пояснив, що головною метою команди було створити систему з мінімальним енергоспоживанням.

"Нашим орієнтиром було зберегти дуже низьке споживання енергії – в ідеалі нижче, ніж у стандартної стереокамери, водночас забезпечивши надійний зв'язок", – зазначив дослідник.

За його словами, система BlueME працює приблизно на 10 ватах потужності навіть у режимі максимальної продуктивності. Під час випробувань в океані антени забезпечили стабільну передачу даних між пристроями на відстані до 700 метрів.

Для порівняння, традиційні системи зв'язку на наднизьких частотах часто потребують значно більшої інфраструктури та енергетичних ресурсів.

Чому ця технологія відрізняється від попередніх рішень

Низькочастотний зв'язок уже давно використовується військовими для зв'язку з підводними човнами. Проте такі системи мають суттєвий недолік – величезні антени. Довжина хвиль наднизькочастотних сигналів може досягати близько 100 кілометрів, через що обладнання стає надзвичайно громіздким і дорогим.

Команда Університету Флориди знайшла спосіб обійти це обмеження завдяки використанню п'єзоелектричних матеріалів. Вони можуть резонувати на певних частотах незалежно від фізичних розмірів антени. У результаті дослідники створили компактний пристрій, здатний працювати з низькочастотними сигналами без потреби у великих антенних комплексах.

Роботи змогли обмінюватися даними під водою

Для перевірки технології вчені використали групу автономних морських роботів. Сьогодні більшість підводних апаратів можуть передавати лише обмежені службові сигнали або змушені періодично спливати на поверхню для надсилання накопичених даних.

"Координація між кількома підводними роботами залишається надзвичайно складною через обмеженість дальності та пропускної здатності каналів зв'язку", – пояснив Іслам.

Нова система потенційно дозволяє безпілотникам обмінюватися інформацією без необхідності переривати місію та підніматися на поверхню.

Технологію перевірили як у прісній, так і в солоній воді. Перший етап тестування пройшов в озері Валберг у штаті Флорида. Після цього систему випробували у відкритому океані в значно складніших умовах.

За словами авторів дослідження, система успішно працювала навіть за наявності каламутної води, природних перешкод та ефекту багатопроменевого поширення сигналу, які зазвичай суттєво погіршують ефективність акустичних і оптичних систем зв'язку.

Ідея прийшла з медичних імплантатів

Цікаво, що поштовхом до створення нової технології стали медичні дослідження. Співавтор проєкту Адам Халіфа багато років працював над розробкою мініатюрних бездротових імплантатів, які можна вводити в організм без хірургічного втручання. Під час роботи він помітив несподівану схожість між людським тілом і морським середовищем.

"Я роками займався проєктуванням мініатюрних бездротових імплантатів та вивчав ефективну передачу енергії в середовищах із високою провідністю", – розповів Халіфа.

За його словами, переломний момент настав тоді, коли він усвідомив, що людське тіло, яке значною мірою складається з води, створює для бездротового зв'язку майже такі самі фізичні труднощі, як і океан.

"Наш організм фактично складається зі слабосолоної води. Це усвідомлення дозволило поглянути на проблему океанського зв'язку зовсім по-новому", – пояснив дослідник.

Які перспективи відкриває розробка?

Науковці вважають, що технологія може знайти застосування у багатьох сферах.

Серед потенційних напрямків використання:

• екологічний моніторинг морських екосистем;
• інспекція підводної інфраструктури;
• дослідження океану;
• координація автономних підводних апаратів;
• військово-морські операції.

Команда вже подала попередню патентну заявку та планує вдосконалювати систему для роботи з більшими групами автономних підводних апаратів. "Ми досягли цих результатів із дуже обмеженими початковими ресурсами. За умови повноцінної розробки та масштабного впровадження можливості можуть бути значно ширшими", – підсумував Халіфа.