توسط Ker Than ، دانشگاه استنفورد1 دسامبر 2020 اجرای یک هنرمند از سیستم سونار هوابرد فوتو آکوستیک که از طریق یک پهپاد کار می کند تا اشیا زیر آب را حس و تصویر کند. اعتبار: آزمایشگاه های Kindea
مهندسان دانشگاه استنفورد با استفاده از ترکیب نور و صدا برای عبور از سد ظاهرا صعب العبور در رابطه با هوا و آب ، یک روش هوایی را برای تصویربرداری از اشیا زیر آب ایجاد کرده اند.محققان تصور می کنند سیستم نوری-صوتی ترکیبی آنها روزی برای انجام بررسی های دریایی بیولوژیکی با بکارگیری هواپیماهای بدون سرنشین از هوا ، انجام جستجوی هوایی در مقیاس بزرگ از کشتی ها و هواپیماهای غرق شده و نقشه برداری از جزئیات به عنوان چشم اندازهای زمین در اعماق اقیانوس با سرعت و سطح مشابه استفاده می شود. “سیستم سونار فوتوکوستیک هوا” توسط آنها در مطالعه اخیر منتشر شده در مجله IEEE Access شرح داده شده است.
امین اربابیان ، رهبر مطالعه ، دانشیار مهندسی برق در دانشکده مهندسی استنفورد گفت:
“رادارهای هوایی و فضایی و مبتنی بر لیزر یا LIDAR ، سیستم هایی قادر به نقشه برداری از مناظر زمین برای دهه ها هستند. سیگنال های راداری حتی قادر به نفوذ به پوشش ابر و سایر موانع هستند. با این حال در دریا برای تصویربرداری مشکلی دارد که امواج توسط آب بیش از حد جذب می شود ، “. “هدف ما توسعه یک سیستم قوی تر است که بتواند حتی از طریق آب تیره تصویربرداری کند.”
اقیانوس ها حدود 70 درصد از سطح زمین را پوشش می دهند ، با این حال تنها بخش کوچکی از اعماق آنها تحت تصویربرداری و نقشه برداری با وضوح بالا قرار گرفته اند.
مانع اصلی مربوط به فیزیک است: به عنوان مثال ، امواج صوتی نمی توانند از هوا به آب منتقل شوند یا بالعکس بدلیل اینکه بیش از 99.9 درصد – انرژی خود را از طریق بازتاب در برابر محیط دیگر از دست میدهند. سیستمی که سعی دارد با استفاده از امواج صوتی در حال حرکت از هوا به آب و برگشت به هوا مناطق زیر آب را ببیند ، دو بار دچار این اتلاف انرژی می شود – در نتیجه 99.9999 درصد کاهش انرژی دارد.
به همین ترتیب ، تابش الکترومغناطیسی – اصطلاحی چتری که شامل سیگنال های نور ، مایکروویو و رادار است – همچنین هنگام عبور از یک محیط فیزیکی به محیط دیگر انرژی را از دست می دهد ، اگرچه مکانیسم آن متفاوت از صدا است. نویسنده اول مطالعه Aidan Fitzpatrick ، دانشجوی تحصیلات تکمیلی مهندسی برق در استنفورد توضیح داد: “نور همچنین مقداری انرژی را در انعکاس از دست می دهد ، اما قسمت عمده ای از اتلاف انرژی به دلیل جذب توسط آب است.” اتفاقاً ، این جذب همچنین دلیل نفوذ نور خورشید به عمق اقیانوس است و به همین دلیل تلفن هوشمند شما – که به سیگنالهای تلفن همراه ، نوعی تابش الکترومغناطیسی متکی است – نمی تواند تماس زیر آب را دریافت کند.
نتیجه همه اینها این است که نمی توان اقیانوس ها را از هوا و فضا به همان روشی که زمین را می توان ترسیم کرد مورد عکاسی قرار داد. تا به امروز ، بیشتر نقشه برداری در زیر آب با اتصال سیستم های سونار به کشتی هایی که منطقه مورد نظر خاصی را پیمایش می کنند ، حاصل شده است. اما این روش کند و پرهزینه است و برای پوشش مناطق وسیع ناکارآمد است.
سیستم Sonar Photoacoustic Airborne Sonard (PASS) نور و صدا را برای عبور از رابط هوا و آب ترکیب می کند. ایده آن از پروژه دیگری ناشی شد که از سیستم مایکروویو برای انجام تصویربرداری “غیر تماسی” و توصیف ریشه های گیاهان زیرزمینی استفاده می کرد. برخی از ابزارهای PASS در ابتدا با همکاری آزمایشگاه استاد مهندسی برق استانفورد ، بوتروس خوری-یاكوب ، به همین منظور طراحی شدند.
PASS در قلب خود با نقاط قوت نور و صدا بازی می کند. فیتزپاتریک گفت: “اگر ما بتوانیم از نور در هوا ، جایی که نور به خوبی حرکت می کند و صدا در آب ، جایی که صدا به خوبی حرکت می کند ، استفاده کنیم ، می توانیم بهترین نتیجه را از هر دو حوزه بگیریم.”
برای انجام این کار ، سیستم ابتدا لیزر را از هوای جذب شده در سطح آب شلیک می کند. هنگامی که لیزر جذب می شود ، امواج فراصوتی ایجاد می کند که از طریق ستون آب به پایین پخش می شوند و اجسام زیر آب را منعکس می کنند قبل از اینکه به سطح زمین برگردند.
امواج صوتی برگشتی با شکسته شدن در سطح آب ، هنوز هم بیشتر انرژی خود را صرف می کنند ، اما با تولید امواج صوتی زیر آب توسط لیزر ، محققان می توانند از اتلاف انرژی برای دو بار جلوگیری کنند.
اربابیان گفت: “ما سیستمی را ایجاد کرده ایم که به اندازه کافی حساس است تا بتواند تلفات این میزان را جبران کند و همچنان امکان تشخیص و تصویربرداری سیگنال را فراهم کند.”
امواج اولتراسوند منعکس شده توسط ابزارهایی به نام مبدل ثبت می شوند. سپس از نرم افزار برای تجزیه سیگنالهای صوتی مانند یک اره برقی نامرئی و بازسازی یک تصویر سه بعدی از ویژگی یا شی زیر آب استفاده می شود.
اربابیان توضیح داد: “مشابه نحوه شکستن یا خم شدن نور هنگام عبور از میان آب یا محیط متوسط متراکم تر از هوا ، سونوگرافی نیز شکسته می شود.” “الگوریتم های بازسازی تصویر ما این خمش را که هنگام عبور امواج سونوگرافی از آب به هوا رخ می دهد ، اصلاح می کنند.”
