麻省理工學(xué)院的工程師們建造了一臺無需電池的無線水下相機，可以幫助科學(xué)家探索海洋的未知區(qū)域，跟蹤污染或監(jiān)測氣候變化的影響。

根據(jù)發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇新論文，麻省理工學(xué)院的工程師們制造了一種無線，無電池的水下相機，它可以在消耗很少電力的情況下自行收集能量。

該系統(tǒng)可以拍攝遠距離水下物體的彩色照片——即使在黑暗的環(huán)境中，也可以無線傳輸數(shù)據(jù)，以實時監(jiān)控水下環(huán)境，幫助發(fā)現(xiàn)新的稀有物種或監(jiān)控洋流，污染或商業(yè)和軍事行動。

無電池無線水下攝像機

我們已經(jīng)擁有各種水下圖像拍攝方法，但據(jù)研究人員稱，大部分海洋和海洋生物尚未被觀測到這是因為大多數(shù)現(xiàn)有的水下圖像捕捉方法都需要連接到船只，水下無人機或發(fā)電廠進行供電和通信

那些不使用網(wǎng)絡(luò)共享的方法必須包含電池電量，這限制了它們的使用壽命雖然原則上可以從海浪，水下洋流甚至太陽光中收集能量，但增加必要的設(shè)備會導(dǎo)致水下相機更加笨重和昂貴

因此，麻省理工學(xué)院的團隊著手開發(fā)一種無需電池的無線成像方法的解決方案設(shè)計目標是盡量減少所需的硬件他們還希望將功耗降至最低，因此他們使用廉價的現(xiàn)成成像傳感器

但是這個傳感器只能產(chǎn)生灰度圖像該團隊還需要開發(fā)一種低功耗的閃光燈，因為大多數(shù)水下環(huán)境沒有太多的自然光

概述了水下后向散射成像系統(tǒng)的工作原理。

事實證明，這兩個挑戰(zhàn)的解決方案結(jié)合了紅色，綠色和藍色led使用相機的紅色LED進行原位照明，用它的傳感器捕捉圖像，然后用綠色和藍色LED重復(fù)這個過程

合著者法德爾·阿迪布說:我們小時候上美術(shù)課的時候，老師就告訴我們，我們可以用三種基本顏色做出所有的顏色

圖像數(shù)據(jù)編碼成比特后，傳感器依靠壓電聲學(xué)背散射進行超低功耗通信，而不是電池這種方法不需要產(chǎn)生自己的聲信號，而是通過調(diào)制入射水聲的反射，一次傳輸一個數(shù)據(jù)

該數(shù)據(jù)被能夠恢復(fù)調(diào)制模式的遠程接收器拾取，然后二進制信息被用于重建圖像研究人員估計，他們的水下相機的能效比同類相機高10萬倍左右，可以連續(xù)運行數(shù)周

當然，該團隊建立了一個概念驗證原型，并進行了一些測試，以證明他們的方法是有效的例如，他們對新罕布什爾州東南部凱澤池塘的污染和外部照明控制環(huán)境中的非洲海星進行了成像后一張圖像的分辨率足以捕捉到海星五條手臂上的各種結(jié)節(jié)

水下后向散射成像獲得的樣本圖像

該團隊還能夠使用他們的水下無線攝像機在幾天內(nèi)監(jiān)控水生植物的生長，并檢測和定位常用于水下跟蹤和機器人操作的視覺標簽該相機實現(xiàn)了高檢測率和高定位精度，距離約為3.5米研究人員認為，使用更高分辨率的傳感器可以實現(xiàn)更長的探測范圍根據(jù)在馬薩諸塞州東部查爾斯河進行的測試，距離也是相機能量收集和通信能力的一個因素正如預(yù)期的那樣，這兩個關(guān)鍵能力都伴隨著距離的減小而降低，盡管相機成功地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄嚯x接收器40米的距離

就個人而言，這種相機最令人興奮的應(yīng)用之一是在氣候監(jiān)測的背景下，Adib說我們正在建立氣候模型，但我們?nèi)狈?5%以上海洋的數(shù)據(jù)這項技術(shù)可以幫助我們建立更準確的氣候模型，更好地了解氣候變化如何影響水下世界

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