यह पानी के नीचे का कैमरा बिना बैटरी के वायरलेस तरीके से काम करता है

एमआईटी इंजीनियरों ने बिना बैटरी के एक वायरलेस अंडरवाटर कैमरा बनाया है, जो बहुत कम बिजली की खपत करते हुए अपने आप बिजली जमा करने में सक्षम है। नया कागज प्रकृति संचार में प्रकाशित। सिस्टम दूर से जलमग्न वस्तुओं की रंगीन छवियों को कैप्चर कर सकता है – यहां तक ​​​​कि अंधेरे स्थानों में भी – और पानी के भीतर के वातावरण की वास्तविक समय की निगरानी के लिए वायरलेस रूप से डेटा संचारित कर सकता है, नई दुर्लभ प्रजातियों की खोज में सहायता कर सकता है, समुद्र की धाराओं, प्रदूषण, या वाणिज्यिक और सैन्य संचालन की निगरानी कर सकता है। .

हमारे पास पहले से ही पानी के भीतर तस्वीरें लेने के अलग-अलग तरीके हैं, लेकिन लेखकों के अनुसार, “अधिकांश समुद्री और समुद्री जीवों को अभी तक नहीं देखा गया है।” यह आंशिक रूप से है क्योंकि अधिकांश मौजूदा तरीकों के लिए उन्हें जहाजों, पानी के नीचे के ड्रोन, या बिजली और संचार दोनों के लिए बिजली संयंत्रों से जोड़ा जाना आवश्यक है। वे तरीके जो टेदरिंग का उपयोग नहीं करते हैं उनमें बैटरी पावर शामिल होनी चाहिए, जो इसके जीवन को सीमित करती है। हालांकि सैद्धांतिक रूप से समुद्र की लहरों, पानी के नीचे की धाराओं, या यहां तक ​​कि सूरज की रोशनी से ऊर्जा प्राप्त करना संभव है, लेकिन ऐसा करने के लिए आवश्यक उपकरणों को जोड़ने से एक बहुत बड़ा और अधिक महंगा पानी के नीचे का कैमरा बन जाएगा।

इसलिए एमआईटी टीम ने बैटरी-मुक्त वायरलेस इमेजिंग पद्धति के लिए एक समाधान विकसित करने की शुरुआत की। डिज़ाइन लक्ष्य जितना संभव हो सके आवश्यक हार्डवेयर को कम करना था। क्योंकि वे बिजली की खपत को कम से कम रखना चाहते थे, उदाहरण के लिए, एमआईटी टीम ने सस्ते, ऑफ-द-शेल्फ इमेजिंग सेंसर का इस्तेमाल किया। ट्रेड-ऑफ यह है कि ये सेंसर केवल ग्रेस्केल इमेज का उत्पादन करते हैं। टीम को लो-पावर फ्लैश भी विकसित करने की जरूरत थी, क्योंकि अधिकांश पानी के नीचे के वातावरण में ज्यादा प्राकृतिक प्रकाश नहीं मिलता है।

यह पता चला है कि दोनों चुनौतियों के समाधान में लाल, हरे और नीले एलईडी शामिल हैं। कैमरा स्थान को रोशन करने के लिए एक लाल एलईडी का उपयोग करता है और उस छवि को अपने सेंसर के साथ कैप्चर करता है, फिर हरे और नीले एलईडी के साथ प्रक्रिया को दोहराता है। लेखक का कहना है कि छवि श्वेत और श्याम दिख सकती है, लेकिन एल ई डी से प्रकाश के तीन रंग प्रत्येक छवि के सफेद भाग में परिलक्षित होते हैं। इसलिए पोस्ट-प्रोसेसिंग के दौरान एक पूर्ण-रंगीन छवि का पुनर्निर्माण किया जा सकता है।

“जब हम कला वर्ग में बच्चे थे, हमें सिखाया गया था कि हम तीन प्राथमिक रंगों का उपयोग करके सभी रंग बना सकते हैं,” सह-लेखक फदेल अदीब ने कहा:. “यह हमारे कंप्यूटर पर दिखाई देने वाली रंगीन छवियों के लिए समान नियमों का पालन करता है। हमें रंगीन छवियां बनाने के लिए केवल लाल, हरे और नीले – इन तीन चैनलों की आवश्यकता होती है।”

छवि डेटा को बिट्स के रूप में एन्कोड किए जाने के बाद, बैटरी के बजाय, सेंसर बहुत कम-शक्ति संचार के लिए पीजो ध्वनिक बैकस्कैटरिंग पर निर्भर करता है। इस विधि को अपना स्वयं का ऑडियो सिग्नल उत्पन्न करने की आवश्यकता नहीं है (जैसे सोनार के साथ, उदाहरण के लिए), और इसके बजाय डेटा को एक बार में एक बिट संचारित करने के लिए पानी के नीचे की आवाज़ के प्रतिबिंबों को संशोधित करने पर निर्भर करता है। यह डेटा एक दूरस्थ रिसीवर द्वारा कैप्चर किया जाता है जो संशोधित पैटर्न को पुनः प्राप्त करने में सक्षम होता है, और फिर बाइनरी जानकारी का उपयोग छवि के पुनर्निर्माण के लिए किया जाता है। लेखकों का अनुमान है कि उनका अंडरवाटर कैमरा अपने समकक्षों की तुलना में लगभग 100,000 गुना अधिक ऊर्जा कुशल है, और अंत में हफ्तों तक चल सकता है।

स्वाभाविक रूप से, टीम ने एक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रोटोटाइप का निर्माण किया और यह साबित करने के लिए कुछ परीक्षण चलाए कि उनकी विधि काम करती है। उदाहरण के लिए, उन्होंने दक्षिणपूर्वी न्यू हैम्पशायर के कीसर तालाब में प्रदूषण (प्लास्टिक की बोतलों के रूप में) की तस्वीर खींची, साथ ही साथ अफ्रीकी स्टारफिश (प्रोटॉस्टर लिंकली) “बाहरी प्रकाश व्यवस्था के साथ नियंत्रित वातावरण” में। अंतिम छवि का रिज़ॉल्यूशन इतना अच्छा था कि वह स्टारफ़िश की पाँच भुजाओं के साथ विभिन्न ट्यूबरकल को पकड़ सके।

टीम एक जलीय पौधे के विकास की निगरानी के लिए वायरलेस अंडरवाटर कैमरा का उपयोग करने में भी सक्षम थी (अपोनोगेटन ulvaceus) कई दिनों में, पानी के भीतर ट्रैकिंग और स्वचालित प्रसंस्करण के लिए अक्सर उपयोग किए जाने वाले दृश्य टैग का पता लगाना और उनका पता लगाना। कैमरे ने लगभग 3.5 मीटर (लगभग साढ़े 11 फीट) की दूरी तक उच्च पहचान दर और उच्च स्थानीयकरण सटीकता हासिल की; लेखकों का सुझाव है कि उच्च-रिज़ॉल्यूशन सेंसर के साथ लंबी पहचान सीमाएं प्राप्त की जा सकती हैं। पूर्वी मैसाचुसेट्स में चार्ल्स नदी में किए गए परीक्षणों के अनुसार, कैमरे की ऊर्जा संचयन और संचार क्षमताओं में दूरी भी एक कारक है। जैसा कि अपेक्षित था, ये दो महत्वपूर्ण क्षमताएं दूरी के साथ कम हो जाती हैं, हालांकि कैमरा रिसीवर से 40 मीटर (131 फीट) तक डेटा को सफलतापूर्वक प्रसारित करता है।

संक्षेप में, लेखक लिखते हैं: “हमारी पद्धति की अप्रतिबंधित, सस्ती और पूरी तरह से एकीकृत प्रकृति इसे बड़े पैमाने पर समुद्र के फैलाव के लिए एक वांछनीय दृष्टिकोण बनाती है।” उनके दृष्टिकोण को बढ़ाने के लिए अधिक उन्नत और कुशल ट्रांसड्यूसर, साथ ही उच्च शक्ति वाले पानी के नीचे ध्वनिक प्रसारण की आवश्यकता होती है। यह भी संभव है कि दूर से ऊर्जा एकत्र करने वाले कैमरों को संचालित करने के लिए समुद्र की सतह के बॉय के मौजूदा जाल नेटवर्क, या अर्गो बॉय जैसे पानी के नीचे रोबोट के नेटवर्क का लाभ उठा सकते हैं।

“मेरे लिए व्यक्तिगत रूप से इस कैमरे के सबसे रोमांचक अनुप्रयोगों में से एक जलवायु निगरानी के संदर्भ में है,” अदीब ने कहा. “हम जलवायु मॉडल बना रहे हैं, लेकिन हम समुद्र के 95 प्रतिशत से अधिक डेटा को याद कर रहे हैं। यह तकनीक हमें अधिक सटीक जलवायु मॉडल बनाने में मदद कर सकती है और बेहतर ढंग से समझ सकती है कि जलवायु परिवर्तन पानी के नीचे की दुनिया को कैसे प्रभावित कर रहा है।”

डीओआई: नेचर कम्युनिकेशंस, 2022। 10.1038 / एस41467-022-33223-एक्स (डीओआई के बारे में)