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Una cámara submarina inalámbrica y sin pilas desarrollada en el MIT
podría tener muchos usos, entre ellos la modelización del clima. "Nos
faltan datos de más del 95 por ciento del océano. Esta tecnología podría
ayudarnos a construir modelos climáticos más precisos y a comprender mejor
el impacto del cambio climático en el mundo submarino", afirma el profesor
asociado Fadel Adib. Créditos Imagen: Adam Glanzman
Más del 95 por ciento de los océanos de la Tierra nunca se han observado. Los
científicos del MIT han construido una cámara submarina inalámbrica y sin
baterías para explorar regiones oceánicas desconocidas. La cámara es 100.000
veces más eficiente energéticamente que otras cámaras submarinas y puede
capturar fotos en color incluso en entornos submarinos oscuros, y transmite
los datos de las imágenes de forma inalámbrica a través del agua.
El sonido proporciona la energía de la cámara. Transforma la energía mecánica
de las ondas sonoras que se mueven por el agua en energía eléctrica para
alimentar su tecnología de imagen y comunicaciones. La cámara utiliza las
ondas sonoras para transmitir los datos a un receptor que reconstruye la
imagen después de haberla capturado y codificado.
La cámara puede funcionar durante semanas antes de ser recuperada, lo que
permite a los científicos examinar zonas oceánicas aisladas en busca de nuevas
especies. También puede descubrir el grado de contaminación del océano y
controlar la salud y el crecimiento de los peces criados en granjas de
acuicultura.
Fadel Adib, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica e
Informática y director del grupo de Cinética de Señales del Laboratorio de
Medios del MIT, y autor principal de un nuevo artículo sobre el sistema, dijo:
"Una de las aplicaciones más emocionantes de esta cámara para mí personalmente
es en el contexto de la vigilancia del clima. Estamos construyendo modelos
climáticos, pero nos faltan datos de más del 95 por ciento del océano. Esta
tecnología podría ayudarnos a construir modelos climáticos más precisos y a
comprender mejor el impacto del cambio climático en el mundo submarino."
Los transductores compuestos por materiales piezoeléctricos están colocados
por todo el exterior de la cámara para recoger energía. Se genera una señal
eléctrica cuando se aplica una fuerza mecánica a los materiales
piezoeléctricos. Los transductores vibran y transforman la energía mecánica de
una onda sonora que atraviesa el agua en energía eléctrica cuando choca con
ellos.
Esas ondas sonoras pueden proceder de cualquier fuente, como el paso de un
barco o la vida marina. La cámara almacena la energía cosechada hasta que ha
acumulado la suficiente para alimentar los componentes electrónicos que toman
las fotos y comunican los datos.
Los sensores de imagen de muy bajo consumo de la cámara mantienen el consumo
de energía lo más bajo posible. Pero estos sensores sólo capturan imágenes en
escala de grises. Y como la mayoría de los entornos subacuáticos carecen de
una fuente de luz, también tuvieron que desarrollar un flash de bajo consumo.
Adib afirma: "Intentamos minimizar el hardware en la medida de lo posible, lo
que crea nuevas limitaciones a la hora de construir el sistema, enviar la
información y realizar la reconstrucción de la imagen. Hizo falta mucha
creatividad para averiguar cómo hacerlo".
Este problema se ha resuelto utilizando LEDs rojos, verdes y azules. Cuando la
cámara capta una imagen, hace brillar un LED rojo y luego utiliza los sensores
de imagen para tomar la foto. Repite el mismo proceso con los LED verdes y
azules.
El asistente de investigación Waleed Akbar afirma: "Aunque la imagen parezca
en blanco y negro, la luz de color rojo, verde y azul se refleja en la parte
blanca de cada foto. Cuando los datos de la imagen se combinan en el
posprocesamiento, se puede reconstruir la imagen en color".
"Cuando éramos niños en clase de arte, nos enseñaron que podíamos hacer todos
los colores utilizando tres colores básicos. Las mismas reglas se aplican a
las imágenes en color que vemos en nuestros ordenadores. Para construir
imágenes en color, necesitamos el rojo, el verde y el azul, estos tres
canales".
Mediante una técnica conocida como retrodispersión subacuática, los datos de
la imagen se codifican en forma de bits (1s y 0s) y se entregan a un receptor
un bit cada vez después de ser adquiridos. La cámara sirve de espejo para
reflejar las ondas sonoras transmitidas por el receptor a través del agua. La
cámara devuelve la onda al receptor reflejándola o transforma su espejo en un
absorbente para evitar la reflexión.
Un hidrófono situado junto al transmisor detecta si la cámara refleja una
señal. Si recibe una señal, es un bit-1, y si no hay señal, es un bit-0. El
sistema utiliza esta información binaria para reconstruir y posprocesar la
imagen.
Según Afzal, "todo este proceso, ya que sólo requiere un único interruptor
para convertir el dispositivo de un estado no reflectante a un estado
reflectante, consume cinco órdenes de magnitud menos de energía que los
típicos sistemas de comunicación submarina".
Los científicos probaron la cámara en varios entornos submarinos. En uno de
ellos, captaron imágenes en color de botellas de plástico que flotaban en un
estanque de New Hampshire. También tomaron fotos de tan alta calidad de una
estrella de mar africana que se veían pequeños tubérculos a lo largo de sus
brazos.
El dispositivo también fue eficaz a la hora de tomar imágenes repetidas de la
planta submarina Aponogeton ulvaceus en un entorno oscuro durante más de una
semana para controlar su crecimiento.
Los científicos intentan ahora ampliar el alcance de la cámara. Han conseguido
transmitir datos a 40 metros del receptor, pero ampliar ese alcance permitiría
utilizar la cámara en más entornos submarinos.
Haitham Al-Hassanieh, profesor adjunto de ingeniería eléctrica e informática
en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, que no participó en esta
investigación, dijo: "Esto abrirá grandes oportunidades para la
investigación tanto en dispositivos de IoT de baja potencia como en la
supervisión e investigación submarina."
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente:
MIT