Havudforskningssansning med lys og lyd

Oceaniske sensornetværk, der indsamler og transmitterer høj kvalitet, realtidsdata kunne transformere forståelsen af ​​havøkologi, forbedre forurening og katastrofehåndtering, og informere flere industrier, der trækker på havets ressourcer. Et forskerhold fra KAUST er ved at designe og optimere trådløse undervandssensornetværk, der i høj grad kan forbedre eksisterende havsensorudstyr.

"I øjeblikket, undervandssensorer bruger akustiske bølger til at kommunikere data, " forklarer Nasir Saeed, der arbejder på et nyt hybrid optisk-akustisk sensordesign sammen med kollegerne Abdulkadir Celik, Mohamed Slim Alouini og Tareq Al-Naffouri. "Imidlertid, mens akustisk kommunikation fungerer over lange afstande, den kan kun overføre begrænsede mængder data med lange forsinkelser. Nyere forskning har også vist, at støj skabt af mennesker i havene har en negativ indvirkning på livet i havet. Vi skal udvikle alternative, energieffektive sensorer, der begrænser støjforurening og samtidig genererer data af høj kvalitet."

En mulighed er at bruge optisk kommunikationsteknologi i stedet, men lysbølger vil kun rejse korte afstande under vandet, før de absorberes. Optiske sensorer er også stærkt afhængige af pege- og sporingsmekanismer for at sikre, at de er korrekt orienteret til at sende og modtage signaler. Holdet foreslår derfor en hybridsensor, der er i stand til at transmittere både akustiske og optiske signaler samtidigt. På denne måde en dataindsamlingsbøje på vandoverfladen kan kommunikere med hver sensor i et netværk spredt ud under den.

Imidlertid, havforskning kræver nøjagtige målinger taget fra præcise steder, så forskerne skal vide, hvor hver sensor er på et givet tidspunkt. Holdet brugte matematisk modellering til at udvikle en proof-of-concept lokaliseringsteknik.

"Ved at bruge vores teknik, sensorerne sender deres modtagne signalstyrkeinformation (RSSI) til overfladebøjen, " siger Saeed. "For en stor kommunikationsafstand, sensorerne bruger akustiske signaler, men hvis sensoren er inden for tæt rækkevidde af en anden sensor, det vil sende et optisk signal i stedet."

Flere RSSI-målinger for hver sensor indsamles af overfladebøjen. Bøjen vægter derefter disse målinger for at give præference til de mest nøjagtige aflæsninger, før den beregner, hvor hver sensor er placeret.

Alouinis og Al-Naffouris hold foreslår, at deres sensorer vil kræve en ny energikilde i stedet for at være afhængig af kortvarig batteristrøm. De forestiller sig et energihøstsystem, der driver brændselsceller ved hjælp af mikroskopiske alger eller piezoelektrisk (mekanisk stress) energi.