Camera dưới nước không dùng pin

95% dưới đại dương chúng ta chưa quan sát được. Một nguyên nhân là việc cấp nguồn điện cho camera dưới nước trong thời gian dài rất tốn kém.

Các nhà nghiên cứu Fadel Adib (trái) và Waleed Akbar với máy ảnh không dùng pin.

Các nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT – Mỹ) đã khắc phục vấn đề này.

Giảm thiểu năng lượng tiêu thụ

Các nhà nghiên cứu MIT đã phát triển một camera dưới nước không dây, không dùng pin và tiết kiệm năng lượng hơn khoảng 100 nghìn lần so với các camera dưới biển khác. Thiết bị này chụp được ảnh màu, ngay cả trong môi trường tối dưới nước và truyền dữ liệu hình ảnh không dây qua mặt nước.

Camera trên hoạt động bằng âm thanh. Nó chuyển đổi năng lượng cơ học từ sóng âm thanh truyền qua nước thành điện để phục vụ cho việc liên lạc và chụp ảnh. Sau khi chụp và mã hóa dữ liệu hình ảnh, camera cũng sử dụng sóng âm thanh để truyền dữ liệu đến bộ thu để tái tạo lại hình ảnh.

Do không cần nguồn điện, máy ảnh trên có thể chạy trong nhiều tuần liền, điều này cho phép các nhà khoa học tìm ra các loài mới ở các vùng xa xôi của đại dương. Nó cũng có thể được sử dụng để chụp ảnh ô nhiễm đại dương hoặc theo dõi sức khỏe và sự phát triển của cá nuôi trong các trang trại thủy sản.

Để chế tạo một máy ảnh có thể hoạt động độc lập trong thời gian dài, các nhà nghiên cứu cần một thiết bị tự thu năng lượng dưới nước và tiêu thụ rất ít năng lượng.

Camera thu năng lượng bằng các đầu dò làm từ vật liệu áp điện, được đặt bao quanh nó. Vật liệu áp điện tạo ra tín hiệu điện khi có lực cơ tác dụng lên chúng. Khi một sóng âm truyền qua nước chạm vào các đầu dò, chúng sẽ rung và chuyển năng lượng cơ học đó thành điện.

Những sóng âm thanh đó có thể đến từ bất kỳ nguồn nào, chẳng hạn như một con tàu đi qua hoặc sinh vật biển. Camera lưu trữ năng lượng thu thập được cho đến khi tích đủ để chụp ảnh và truyền dữ liệu.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng những cảm biến hình ảnh siêu tiết kiệm điện. Nhưng các cảm biến này chỉ chụp ảnh tối. Vì hầu hết các môi trường dưới nước đều thiếu nguồn sáng nên họ cũng cần phát triển đèn flash công suất thấp.

Theo tác giả của nghiên cứu, Phó Giáo sư Fadel Adib, các nhà khoa học đã cố gắng giảm thiểu phần cứng nhiều nhất có thể và điều đó tạo ra những hạn chế mới về cách xây dựng hệ thống, gửi thông tin và tái tạo hình ảnh.

Tuy nhiên, nhờ sự sáng tạo, họ đã tìm ra giải pháp, giải quyết đồng thời cả 2 vấn đề bằng cách sử dụng đèn LED đỏ, xanh lá cây và xanh lam. Khi máy chụp ảnh, nó sẽ chiếu một đèn LED màu đỏ và sau đó sử dụng cảm biến hình ảnh để chụp. Quá trình tương tự được lặp lại với đèn LED xanh lục và xanh lam.

Đồng tác giả Waleed Akbar giải thích, mặc dù hình ảnh trông có màu đen và trắng, nhưng ánh sáng màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam vẫn được phản chiếu trong phần màu trắng của mỗi bức ảnh. Khi dữ liệu hình ảnh được kết hợp trong quá trình xử lý hậu kỳ, hình ảnh màu sẽ được tái tạo.

Một máy ảnh dưới nước không dây, không dùng pin có nhiều ứng dụng, bao gồm việc góp phần tạo ra mô hình khí hậu.

Quay video dưới nước

Một trong những ứng dụng thú vị nhất của camera này là ứng dụng trong bối cảnh giám sát khí hậu. Chúng tôi đang xây dựng các mô hình khí hậu, nhưng hoàn toàn thiếu dữ liệu từ hơn 95% đại dương. Công nghệ mới có thể giúp các nhà nghiên cứu xây dựng những mô hình khí hậu chính xác hơn, hiểu sâu và rõ hơn về tác động của biến đổi khí hậu đối với thế giới dưới nước. GS FADEL ADIB

Sau khi dữ liệu hình ảnh được ghi lại, chúng được mã hóa dưới dạng bit và được gửi đến máy thu qua quá trình được gọi là tán xạ ngược dưới nước. Máy thu truyền sóng âm qua nước đến máy ảnh, máy ảnh này đóng vai trò như một tấm gương phản xạ các sóng đó. Camera cũng có thể phản xạ sóng trở lại bộ thu hoặc thay đổi gương của nó thành một bộ hấp thụ để nó không phản xạ trở lại.

Theo nhà nghiên cứu Sayed Saad Afzal, toàn bộ quy trình này chỉ cần một công tắc duy nhất để chuyển thiết bị từ trạng thái không phản xạ sang trạng thái phản xạ, nó tiêu thụ ít năng lượng hơn so với các hệ thống thông tin liên lạc dưới nước thông thường.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm camera trong một số môi trường dưới nước. Một lần, họ chụp được hình ảnh màu của chai nhựa trôi nổi trong một cái ao ở New Hampshire.

Họ cũng có thể chụp những bức ảnh chất lượng cao về một con sao biển châu Phi đến mức có thể nhìn thấy rõ những nốt sần nhỏ trên mình nó. Thiết bị này cũng rất hiệu quả khi liên tục chụp ảnh thực vật dưới nước Aponogeton ulvaceus trong môi trường tối với thời gian một tuần để theo dõi sự phát triển của nó.

Giờ đây, khi đã chứng minh được một nguyên mẫu hoạt động, các nhà nghiên cứu có kế hoạch cải tiến thiết bị để nó có thể triển khai trong môi trường thực tế. Họ muốn tăng bộ nhớ của máy ảnh để máy có thể chụp ảnh trong thời gian thực, truyền hình ảnh, hoặc thậm chí quay video dưới nước.

Các nhà nghiên cứu cũng muốn mở rộng phạm vi hoạt động của camera. Họ đã truyền thành công dữ liệu tới máy thu cách xa 40 mét, nhưng việc đẩy phạm vi đó rộng hơn sẽ cho phép máy ảnh được sử dụng trong nhiều môi trường dưới nước hơn.