La fotocamera subacquea wireless senza batteria finora è utilizzabile a fini di ricerca, e potrebbe aiutare gli scienziati a esplorare regioni sconosciute dell’oceano, monitorare l’inquinamento o gli effetti del cambiamento climatico.
I ricercatori del MIT hanno sviluppato una fotocamera subacquea wireless senza batteria, 100.000 volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alle fotocamere in commercio. Il dispositivo è in grado di scattare foto a colori, anche in ambienti bui sott’acqua, e di trasmettere i dati delle immagini in modalità wireless attraverso l’acqua.
La fotocamera è alimentata dal suono. Converte l’energia meccanica delle onde sonore che viaggiano attraverso l’acqua in energia elettrica, che usa per alimentare le sue apparecchiature di imaging e comunicazione. Dopo aver acquisito e codificato i dati dell’immagine, la fotocamera utilizza sempre le onde sonore per trasmettere i dati a un ricevitore che ricostruisce l’immagine.
Poiché non necessita di una fonte di alimentazione, la telecamera potrebbe funzionare per settimane prima del recupero, consentendo agli scienziati di cercare nuove specie in parti remote dell’oceano. Potrebbe anche essere utilizzata per acquisire immagini dell’inquinamento oceanico, o per monitorare la salute e la crescita di organismi allevati nell’acquacoltura.
Uno dei nodi da risolvere per costruire una fotocamera che potesse funzionare autonomamente per lunghi periodi era sviluppare un dispositivo in grado di raccogliere energia sott’acqua da solo consumando pochissima energia.
Il meccanismo con cui la fotocamera acquisisce energia usa trasduttori realizzati con materiali piezoelettrici posizionati attorno al suo esterno. I materiali piezoelettrici producono un segnale elettrico quando viene applicata una forza meccanica. Quando un’onda sonora che viaggia attraverso l’acqua colpisce i trasduttori, questi vibrano e convertono quell’energia meccanica in energia elettrica.
Le onde sonore potrebbero provenire da qualsiasi fonte, come una nave di passaggio o la vita marina. La fotocamera immagazzina l’energia raccolta fino a quando non ha accumulato abbastanza energia per alimentare l’elettronica che scatta foto e comunica i dati.
Per mantenere il consumo energetico il più basso possibile, i ricercatori hanno utilizzato sensori di imaging a bassissima potenza standard. Ma questi sensori catturano solo immagini in scala di grigi. E poiché la maggior parte degli ambienti subacquei non dispone di una fonte di luce, è stato necessario sviluppare anche un flash a basso consumo
I due problemi sono stati risolti usando LED rossi, verdi e blu. Quando la fotocamera acquisisce un’immagine, si accende prima un LED rosso ed entrano in azione i sensori sensibili al rosso. Lo stesso processo si ripete col verde e col blu. Quando i dati dell’immagine vengono combinati in post-elaborazione, è possibile ricostruire l’immagine a colori.
Invio di dati col suono
Una volta acquisiti i dati dell’immagine, vengono codificati come bit (1 e 0) e inviati a un ricevitore un bit alla volta utilizzando un processo chiamato retrodiffusione subacquea.
I ricercatori hanno testato la fotocamera in diversi ambienti subacquei. In uno, hanno catturato immagini a colori di bottiglie di plastica che galleggiano in uno stagno del New Hampshire. Sono stati anche in grado di scattare foto di così alta qualità di una stella marina africana che i minuscoli tubercoli lungo le sue braccia erano chiaramente visibili. Il dispositivo è stato anche efficace nell’imaging ripetuto della pianta subacquea Aponogeton ulvaceus in un ambiente buio nel corso di una settimana per monitorarne la crescita.
Ora che hanno costruito un prototipo funzionante, i ricercatori hanno in programma di migliorare il dispositivo in modo che sia pratico per l’uso in situazioni reali. Vogliono aumentare la memoria della fotocamera in modo che possa catturare foto in tempo reale, trasmettere immagini in streaming o persino girare video subacquei. Un’esigenza precisa è quella di estendere la portata della fotocamera. Hanno trasmesso con successo i dati a 40 metri dal ricevitore, ma spingere quella gamma oltre questo limite consentirebbe di usarla in ambienti irraggiungibili da un subacqueo.
Quanto a noi fotosub, siamo ancora lontani dalla possibilità di liberarci delle batterie, ma la strada è aperta.
Per chi volesse saperne di più: https://www.nature.com/articles/s41467-022-33223-x
