ابداع دستگاه سونار برای ارزیابی اعماق اقیانوس

مهندسان دانشگاه استنفورد به رهبری محقق ایرانی خود با استفاده از ترکیب نور و صدا برای عبور از سد ظاهرا صعب العبور در رابط هوا و آب، یک روش هوایی را برای تصویربرداری از اشیا زیر آب ایجاد کرده اند.

به گزارش پایگاه خبری تجهیز نیوز و به نقل از خبرگزاری علم و فناوری، سامانه سونار Photoacoustic Airborne Airborne” می تواند در زیر هواپیماهای بدون سرنشین نصب شود تا بتواند از زیر آب های هوایی و نقشه برداری با وضوح بالا از اعماق اقیانوس استفاده کند.

رادار و LiDAR ابزاری فوق العاده سریع و موثر برای نقشه برداری و بررسی سطح زمین از هواپیماها و ماهواره ها بوده اند، اما اگرچه آنها می توانند از طریق پوشش ابر و حتی تاج پوشش جنگل قرائت دقیق را ارائه دهند، اما نمی توانند به شما بگویند که در زیر سطح دریا چیست . آب دریا بیش از حد سیگنال را جذب می کند.

سونار همچنان موثرترین روش برای ترسیم نقشه کف دریا است – اما اکثریت قریب به اتفاق اقیانوس هایی که ۷۰ درصد از سطح زمین را تشکیل می دهند، دست نخورده باقی می مانند، زیرا امواج صوتی تاکنون فقط قادر به ارسال از زیر آب نبوده اند. امواج صوتی ارسال شده از هوا به آب بیش از ۹۹.۹ درصد انرژی خود را در ترجمه از دست می دهند. به همین دلیل است که وقتی به پایین استخر شیرجه می روید، دنیای خارج بسیار شگفت آور ساکت می شود. باقیمانده ۰.۱ درصد انرژی، یک سیگنال سونار ایجاد می کند، اما با بازگشت دوباره از آب به هوا، ۹۹.۹ درصد انرژی دیگر از دست می دهد.

سونار معمولاً برای شناسایی زیردریایی، از جمله توسط نیروهای نظامی در سراسر جهان، عمدتاً با استفاده از دستگاه هایی در زیر کشتی ها، مورد استفاده قرار می گیرد. اما نزدیکترین چیزهایی که تاکنون به سیستم سونار منتقل شده است “فرو رفتن” مانند سیستم FLASH تالس است. سیستم های سونار با فرکانس پایین، باند گسترده که از طریق کابل ها پایین هلی کوپترها آویزان می شوند و مانند کیسه های چای پر سر و صدا به زیر دریا فرو می روند. این روش ها کند، گران و در پوشاندن مناطق وسیع فایده ندارند.

محققان استنفورد معتقدند که می توان سیگنال های سونار را از سیستم عامل های هوا بدون لمس آب، ارسال و دریافت کرد، در تحولی که در نهایت می تواند نقشه کف دریا و بررسی زندگی دریا را بسیار آسان کند.

مهندسان دانشگاه استنفورد به رهبری محقق ایرانی خود  با استفاده از ترکیب نور و صدا برای عبور از سد ظاهرا صعب العبور در رابط هوا و آب، یک روش هوایی را برای تصویربرداری از اشیا زیر آب ایجاد کرده اند.

در حالی که امواج صوتی و تشعشع الکترومغناطیسی به طور یکسان در سد سطح هوا و آب به بن بست می رسند، این تیم دریافته است که با یک روش عکس آکوستیک می توان حداقل سیگنال را از طریق سد در یک جهت دریافت کرد.

سیستم Photoacoustic Airborne Sonar System یا PASS لیزر را به سطح آب شلیک می کند، شدت آن به فرکانس صوتی دلخواه پالس می شود و با جذب این انرژی لیزر، امواج التراسونیک در آب ایجاد می شود که می تواند به عنوان امواج سونار موثر عمل کند.، قبل از بازگشت به سطح، از اشیا under زیر آب تندرست کنید.

آیدان فیتزپاتریک، دانشجوی ارشد، اولین نویسنده مطالعه گفت: اگر ما بتوانیم از نور در هوا، جایی که نور به خوبی سفر می کند و از صدا در آب، جایی که صدا به خوبی حرکت می کند، استفاده کنیم، می توانیم بهترین نتیجه را از هر دو جهان بدست آوریم.

امین اربابیان رهبر تحقیق گفت: برگشتن از آب به هوا تقریباً تمام این انرژی را در امواج صوتی می اندازد، اما این از دست دادن یک طرفه هنوز سیگنال کافی را برای “شنیدن” مبدل های دستگاه منتقل می کند. ما سیستمی را ایجاد کرده ایم که به اندازه کافی حساس است تا بتواند از دست دادن این میزان را جبران کند و هنوز هم اجازه تشخیص و تصویربرداری سیگنال را می دهد.

هنگامی که سیگنال ضبط شد، توسط نرم افزار تجزیه و تحلیل می شود تا یک تصویر سه بعدی از جسم غوطه ور ایجاد شود. این نرم افزار قادر است شکست امواج صوتی را هنگام خروج از آب و هوا تصحیح کند.

در این مرحله، تیم نمونه اولیه دستگاه PASS را در مقیاس کوچک آزمایش کرده و آن را ثابت نگه داشته و بر روی یک وان پلاستیکی ذخیره سازی پر از آب ساکن قرار داده و یک تصویر سه بعدی از S فلزی غوطه ور در زیر سطح تولید می کند.

واضح است که اگر این فناوری در نقشه برداری از کف دریا مفید واقع شود، چالش های بزرگی پیش رو داریم. برای مبتدیان – و تیم در حال تلاش برای این کار است – آب باز بی حرکت نمی ماند. امواج و موج ها به طور مداوم شکل و ارتفاع سطح را تغییر می دهند، و این به چندین روش مختلف که باید حساب شود، روی سیگنال تأثیر می گذارد.

فیتزپاتریک گفت: ما در حال حاضر برای مقابله با امواج آب تلاش می کنیم. این یک مشکل چالش برانگیز است اما فکر می کنیم عملی باشد.

وی افزود: سپس مشکل خود وسیله نقلیه اعزامی وجود دارد. چشم انداز ما برای این فناوری روی یک هلی کوپتر یا هواپیمای بدون سرنشین است. ما انتظار داریم که این سیستم بتواند دهها متر بالاتر از آب پرواز کند. هلی کوپترها و هواپیماهای بدون سرنشین هوا زیادی را تحت فشار قرار می دهند و سر و صدای زیادی ایجاد می کنند، و این – بدون ذکر سر و صدای محیط خود – می تواند چالش های بیشتری برای مبدل های فوق العاده حساس ایجاد کند، زیرا آنها سعی می کنند قطعات کوچک و باقیمانده صدا را انتخاب کنند امواجی که باعث می شود دوباره از آب خارج شود.

سپس مسئله این است که آیا مقیاس بندی می شود و اینکه این سیستم برای تولید یک سیستم سونار که توانایی نقشه برداری کف اعماق اقیانوس را از یک هواپیمای بدون سرنشین دارد که در بالای سطح قرار دارد، باید چقدر قدرتمند باشد.

هنوز هم، تحقیقات تاکنون توسط دفتر تحقیقات دریایی ایالات متحده و آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته انرژی (ARPA E) پشتیبانی شده است، بنابراین احتمالاً منابع با جلو رفتن این تیم مانع آن نمی شوند.

این مطالعه در IEEE Access منتشر شده است.