האוקיינוס הוא האזור המת האלחוטי הגדול ביותר בכדור הארץ. האנטנה הזו יכולה לשנות את זה
תקשורת אלחוטית מתחת למים היא פשוט קָשֶׁה. חבר נופש (או אולי אפילו הניסיון שלך) אולי כבר הראה לך, למשל, שהאוקיינוס פשוט לגמרי סופג אות אלחוטי Bluetooth עקב תדר התהודה של מים 2.4 גיגה-הרץ.
מדענים וקבלנים צבאיים היו התעסקות במשך עשרות שנים על חידושים שעשויים לגשר על פיגור התקשורת הזה, תוך בדיקת לייזר אופטי דופקיםתדר רדיו תוכניותאינדוקציה מגנטית ממסריםוכל מה שבאמת יהיה מהיר יותר ממהירות הקול האיטית של הסונאר. אבל, בחודש שעבר, מהנדסים מאוניברסיטת פלורידה (UF) פרסמו את מה שהם מבטיחים הוא פריצת דרך חסכונית: אנטנה מגנו-אלקטרית המסוגלת לשדר ולקבל ביעילות אותות אלקטרומגנטיים בתדר נמוך מאוד (VLF/LF) מתחת למים.
"המדד העיצובי שלנו היה לשמור על צריכת חשמל נמוכה מאוד, נמוכה באופן אידיאלי ממערכת מצלמות סטריאו רגילה, תוך שמירה על ביצועי תקשורת חזקים", אחד ממובילי הפרויקט, מדען המחשבים UF Md Jahidul Islam, מוּסבָּר בהצהרה לעיתונות.
"מערכת ה-BlueME הקומפקטית והחסכונית שלנו משיגה את האיזון הזה, ופועלת בסביבות 10 וואט של הספק בקיבולת מירבית", על פי איסלאם, שניסויים באוקיינוס אישרו כי האנטנות הללו יכולות לתקשר במהירות על פני 2,296 רגל (700 מטר) בתקציב האנרגיה החסכני שלהן.
רובוקאל של הים
איסלאם ועמיתיו, כולל פרופסור עמית במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים של UF, אדם חליפה, בדקו את מערכת התקשורת התת-ימית שלהם עם בית ספר קטן (או אולי תרמיל) של רובוטים ימיים אוטונומיים. תקוותם היא שמחקר זה עשוי לסייע ביום מן הימים בניטור סביבתי ימי מרחוק, פעולות ימיות ובדיקות תשתית ימיות (כלומר, נחילי מזל"טים תת-מימיים שאינם דיסטופיים).
"תיאום ריבוי רובוטים מתחת למים נותר קשה ביותר מכיוון שרוחב הפס והטווח של התקשורת מוגבלים כל כך", אמר איסלאם. "כיום, רובוטים תת-מימיים רבים יכולים להחליף רק אותות מצב דלילים או להסתמך על פני השטח מעת לעת כדי להעביר נתוני משימה. זה מגביל באופן משמעותי את האוטונומיה והתיאום בזמן אמת".
ממשלות השתמשו לפעמים במערכות VLF כדי לתקשר עם צוללות מחוץ למים – אבל מערכות אלו היו צריכות להיות בלתי רגילות גָדוֹל לטפל באורכי הגל המאסיביים של האותות בתדר נמוך מאוד, שיכולים להתארך עד 62 מיילים (100 ק"מ). האנטנה המגנו-אלקטרית הקומפקטית הרבה יותר של איסלאם וצוותו פועלת סביב המגבלה הזו עם חומרים פיזואלקטריים המהדהדים בתדרי VLF ספציפיים ללא קשר לגודל האנטנה. (המושג חדש יחסית, אבל לא לַחֲלוּטִין.)
החוקרים בדקו את מערכת BlueME שלהם של אנטנות תקשורת תת-מימיות רובוט-רובוט בניסויים במים מתוקים בתוך גיינסוויל, באגם וולברג שבפלורידה ובניסויים במים מלוחים באוקיינוס הפתוח.
"ניסויים באוקיינוס מוכיחים שהמערכת פועלת ביעילות בתנאים מאתגרים, כמו עכירות, מכשולים והפרעות מרובי-נתיבים, שהם גורמים שבדרך כלל פוגעים בשיטות אקוסטיות ואופטיות", החוקרים ציין במחקר החדש שלהם, שפורסם בחודש שעבר בכתב העת IEEE Journal of Oceanic Engineering.
"ההתקדמות בתקשורת תת-ימית קומפקטית יכולה לשנות מהותית את האופן שבו מערכות ימיות אוטונומיות משתפות פעולה ופועלות בסביבות אוקיינוס מורכבות", סבר האיסלאם. "אנחנו מדברים על הימים הראשונים של מוצר חזק מאוד."
השראה לטכנולוגיה רפואית
עמיתו של האיסלאם ח'ליפה הגיע לפרויקט באמצעות מחקר הנדסי משלו, ועבד לתכנון מכשירים רפואיים אלחוטיים קטנים, בטוחים ולא פולשניים המיועדים להזרקה במקום להשתלה כירורגית. מכשירים אלחוטיים כמו זה מַאֲבָק לתקשר גם דרך מטופלים, בהתחשב בכך שגוף האדם הוא בעיקר מים.
"ביליתי שנים בתכנון שתלים אלחוטיים מיניאטוריים ובלימודי העברת כוח יעילה בסביבות מוליכות מאוד", אמר ח'ליפה בהצהרה לעיתונות של UF.
"בשלב מסוים, זה השפיע שרבים מאותם אתגרים פיזיים בתוך גוף האדם קיימים גם מתחת למים", הוסיף. "הגוף שלנו עשוי למעשה ממים מומלחים קלות. ההבנה הזו פתחה את הדלת לחשיבה על תקשורת אוקיינוס באופן שונה לחלוטין".
החוקרים בטוחים מספיק בחידושים הייחודיים של החומרה שלהם, כך שהם הגישו פטנט זמני במטרה לשכלל את הטכנולוגיה לשימוש עם כלי רכב תת ימיים אוטונומיים יותר.
"הדגמנו את התוצאות הללו במשאבים ראשוניים מאוד מוגבלים", ציין ח'ליפה. "עם פיתוח ייעודי ופריסה בקנה מידה גדול יותר, האפשרויות הופכות הרבה יותר רחבות."