Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Een wereld zonder gps is niet echt meer voor te stellen. Wetenschappers van het MIT hebben daarom het bereik ervan verder uitgebreid tot onder water.
Gps heeft zich vrij onmisbaar gemaakt op aarde, maar onder water is het tot op heden nog geen groot succes geweest. Dit komt doordat water de radiogolven, waarvan gps afhankelijk is, belemmert en verstrooit. Dit is ook de reden waarom onderzeeërs gebruikmaken van sonar, die is gebaseerd op geluidsgolven.
Het probleem is echter dat apparaten die geluid genereren en verzenden vaak batterijen nodig hebben die regelmatig moeten worden vervangen. En dat is verre van ideaal als je bijvoorbeeld met sonar een groep orka’s voor een langere periode wilt volgen. Daarom ontwikkelde het MIT-team akoestisch systeem dat geen batterij nodig heeft voor locatiebepaling.
Lees ook:
Backscatter
Het team borduurde voort op onderzoek dat het vorig jaar uitvoerde. Toen ontwikkelde het deze onderwatersensor die ook geen batterij nodig heeft. Beide systemen maken gebruik van twee verschijnselen. Allereerst het piëzo-elektrisch effect, waarbij trillingen in een bepaald materiaal een elektrische lading opwekken. Het tweede verschijnsel is backscatter, waarbij een ontvangen signaal wordt gereflecteerd naar de plek waar het vandaan kwam.
Het nieuwe systeem, Underwater Backscatter Localization (UBL) geheten, werkt als volgt. Een moederschip stuurt een geluidsgolf naar het UBL-systeem. (Dit apparaat heeft dan wel een batterij nodig, maar deze is gemakkelijk te vervangen.) De piëzo-elektrische onderdelen buigen hierdoor heel licht en wekken een stroompje op dat met behulp van een energie-oogster wordt opgeslagen.
Nullen en enen
Vervolgens gebruikt de UBL de opgewekte energie om de golf te reflecteren (backscattering) – of juist niet. De ontvanger aan het wateroppervlak registreert een 1 als het een signaal heeft teruggekregen en een 0 als dit niet het geval is.
Dit binaire signaal stelt het UBL-systeem in staat gegevens als tijd en afstand over te dragen. Deze twee maten kunnen worden gebruikt voor locatiebepaling door te berekenen hoelang het duurt voordat een geluidsgolf door het UBL-systeem wordt gereflecteerd en vervolgens terugkeert naar het moederschip.
Hoppen
De onderzoekers moesten echter nog een horde nemen: het meten van die backscatter-tijd is lastig, omdat de oceaan als een soort echokamer werkt. Dit wisten ze te verhelpen met frequentieverspringing, waarbij een radioverbinding willekeurige frequenties gebruikt binnen een vastgelegde frequentiebreedte. Omdat de frequentie op geregelde tijdstippen verwisselt, komt interferentie nauwelijks voor.
Tot nu toe heeft het nieuwe systeem een test doorstaan in ondiepe wateren, waar het afstanden tot bijna 50 centimeter schatte. Dat bereik moet natuurlijk flink worden vergroot. Het doel is om navigatietechnologie te ontwikkelen waarmee autonome voertuigen gedetailleerde kaarten van de oceaanbodem kunnen maken. En dat is hard nodig, want van Mars weten we meer dan van onze eigen oceaanbodems.
Bronnen: Paper (pdf), MIT News, New Atlas
Beeld: MIT/Reza Ghaffarivardavagh