Gli ingegneri del MIT costruiscono una batteria

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Gli scienziati stimano che più del 95% degli oceani della Terra non siano mai stati osservati, il che significa che abbiamo visto meno oceani del nostro pianeta di quanto ne abbiamo visto il lato nascosto della Luna o la superficie di Marte.

Il costo elevato per alimentare una macchina fotografica subacquea per un lungo periodo, legandola a una nave da ricerca o inviando una nave a ricaricare le batterie, è una sfida difficile che impedisce un’esplorazione sottomarina diffusa.

I ricercatori del MIT hanno compiuto un passo importante per superare questo problema sviluppando una fotocamera subacquea wireless senza batteria che è circa 100.000 volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ad altre fotocamere sottomarine. Il dispositivo scatta foto a colori, anche in ambienti sottomarini bui, e trasmette i dati delle immagini in modalità wireless attraverso l'acqua.

La telecamera autonoma è alimentata dal suono. Converte l'energia meccanica delle onde sonore che viaggiano attraverso l'acqua in energia elettrica che alimenta le sue apparecchiature di imaging e comunicazione. Dopo aver acquisito e codificato i dati dell'immagine, la fotocamera utilizza anche le onde sonore per trasmettere i dati a un ricevitore che ricostruisce l'immagine.

Poiché non necessita di una fonte di energia, la fotocamera potrebbe funzionare per settimane prima di essere recuperata, consentendo agli scienziati di cercare nuove specie in parti remote dell'oceano. Potrebbe anche essere utilizzato per catturare immagini dell’inquinamento degli oceani o monitorare la salute e la crescita dei pesci allevati negli allevamenti di acquacoltura.

“Una delle applicazioni più interessanti di questa fotocamera per me personalmente è nel contesto del monitoraggio climatico. Stiamo costruendo modelli climatici, ma ci mancano i dati relativi a oltre il 95% degli oceani. Questa tecnologia potrebbe aiutarci a costruire modelli climatici più accurati e a comprendere meglio l’impatto dei cambiamenti climatici sul mondo sottomarino”, afferma Fadel Adib, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica e direttore del gruppo Signal Kinetics del MIT Media Lab. e autore senior di un nuovo articolo sul sistema.

Insieme ad Adib nell'articolo ci sono gli autori principali e gli assistenti di ricerca del gruppo Signal Kinetics Sayed Saad Afzal, Waleed Akbar e Osvy Rodriguez, nonché il ricercatore Unsoo Ha e gli ex ricercatori del gruppo Mario Doumet e Reza Ghaffarivardavagh. L'articolo è stato pubblicato oggi su Nature Communications.

Andare senza batteria

Per costruire una fotocamera che potesse funzionare autonomamente per lunghi periodi, i ricercatori avevano bisogno di un dispositivo in grado di raccogliere energia sott’acqua consumando pochissima energia.

La fotocamera acquisisce energia utilizzando trasduttori realizzati con materiali piezoelettrici posizionati attorno al suo esterno. I materiali piezoelettrici producono un segnale elettrico quando viene applicata loro una forza meccanica. Quando un'onda sonora che viaggia attraverso l'acqua colpisce i trasduttori, questi vibrano e convertono l'energia meccanica in energia elettrica.

Quelle onde sonore potrebbero provenire da qualsiasi fonte, come una nave di passaggio o la vita marina. La fotocamera immagazzina l'energia raccolta finché non ne ha accumulata abbastanza per alimentare i componenti elettronici che scattano foto e comunicano dati.

Per mantenere il consumo energetico il più basso possibile, i ricercatori hanno utilizzato sensori di imaging standard a bassissimo consumo. Ma questi sensori catturano solo immagini in scala di grigi. E poiché la maggior parte degli ambienti sottomarini non dispone di una fonte di luce, è stato necessario sviluppare anche un flash a bassa potenza.

“Stavamo cercando di ridurre al minimo l’hardware il più possibile e questo crea nuovi vincoli su come costruire il sistema, inviare informazioni ed eseguire la ricostruzione delle immagini. Ci è voluta una discreta dose di creatività per capire come farlo”, afferma Adib.