Дууны энергээр ажилладаг камер: Усан доор батарейгүй зураг авч болох уу?

Нуурын ёроолд загас, ургамлыг ажиглах камер байрлууллаа гэж төсөөлөөрэй. Камер зураг авч байснаа батарей нь дуусвал яах вэ? Уснаас гаргаж, цэнэглээд буцааж байрлуулах хэрэгтэй болно. Харин гүн усанд байгаа олон төхөөрөмжийг ингэж арчлах нь амаргүй. Тэгвэл батарейг нь солих шаардлагагүй камер бүтээж болох уу?

Массачусетсийн Технологийн Институт буюу MIT-ийн судлаачид энэ асуултад сонирхолтой шийдэл гаргасан. Тэд 2022 онд усан дахь дууны энергийг ашиглан ажилладаг, батарейгүй камерын судалгаагаа танилцуулжээ. Энэхүү туршилтын төхөөрөмж өнгөт зураг авч, зургийн мэдээллийг усан дундуур утасгүй дамжуулах боломжтой.

Дуу хэрхэн цахилгаан болдог вэ?

Дуу бол орчноор дамжин тархдаг чичиргээ юм. Чанга яригч ажиллах үед түүний гадаргуу чичирч байгааг харж болно. Усан дотор ч дууны долгион тархаж, замдаа байгаа биетэд нөлөөлдөг.

Камерын гадна талд дууны чичиргээг цахилгаан болгон хувиргах тусгай хэсэг байрладаг. Үүнийг пьезоэлектрик хувиргагч гэдэг. Энгийнээр хэлбэл, механик хүч үйлчлэхэд цахилгаан дохио үүсгэдэг материал ашигласан гэсэн үг.

Судлаачдын үзүүлсэн системд алсын төхөөрөмжөөс камер руу дуу илгээдэг. Камер тэр дуунаас энерги авч, цахилгаан хуримтлуулах конденсаторт хадгална. Хангалттай энерги цугларсны дараа зураг авах төхөөрөмжөө ажиллуулдаг. Тиймээс “батарейгүй” гэдэг нь энерги хэрэггүй гэсэн үг биш. Энерги нь дуунаас ирж байгаа юм.

Харанхуй усанд өнгөт зураг яаж авах вэ?

Усан доор гэрэл хангалтгүй байж болно. Камерын судлаачид энэ асуудлыг улаан, ногоон, цэнхэр LED гэрлээр шийджээ.

Камер эхлээд улаан гэрэл асааж зураг авна. Дараа нь ногоон, эцэст нь цэнхэр гэрэл ашиглан дахин зураг авдаг. Зураг авах мэдрэгч нь саарал өнгийн дүрс бүртгэдэг боловч зураг бүр тухайн өнгийн гэрэл хэрхэн ойсныг агуулна. Эдгээр мэдээллийг компьютер дээр нэгтгэж, өнгөт дүрс сэргээдэг. Энэ бол техник хангамжийн хязгаарлалтыг өгөгдөл боловсруулах аргаар шийдсэн жишээ юм.

Зургийг дуугаар дамжуулж болох уу?

Зураг авах нь ажлын нэг хэсэг. Тэр зургийг судлаачдад хүргэх хэрэгтэй.

Дижитал зургийн мэдээллийг 0, 1 гэсэн битүүдээр илэрхийлж болно. Камер руу ирж байгаа дууны долгионыг ойлгох байдлыг өөрчилснөөр эдгээр битийг дамжуулдаг. Өөрөөр хэлбэл, өөрийн хүчтэй дохио үүсгэхийн оронд ирсэн дууг буцаан ашиглаж байна.

Хүлээн авагч талд усан дахь дууг мэдэрдэг гидрофон байрлана. Тэр төхөөрөмж буцаж ирсэн дохиог хэмжиж, зургийн өгөгдлийг сэргээнэ. Ийм аргыг акустик буцаж ойлтын холбоо гэж нэрлэдэг.

Зургаас мэдээлэл, мэдээллээс мэдлэг

Энэ камерын авсан зураг компьютерийн хувьд тоон өгөгдөл юм. Төхөөрөмж тэр өгөгдлийг кодолж, дууны долгион ашиглан дамжуулна. Хүлээн авагчийн систем мэдээллийг тайлж, бидний харж болох өнгөт зураг болгон сэргээдэг. Ийнхүү мэдрэгч, электрон хэлхээ, утасгүй холбоо, дүрс боловсруулалт хамтран ажиллаж байна.

Судлаачид камераар усан дахь ургамал, амьтан болон хог хаягдлын зураг авч туршжээ. Цаашид ийм төхөөрөмжийг усны амьдрал, орчны өөрчлөлтийг ажиглахад ашиглах боломжтой. Гэхдээ удаан хугацаанд ажиллуулахын тулд хангалттай дууны энерги, найдвартай холбоо зэрэг нөхцөлийг хангах хэрэгтэй.

Батарейгүй камерын хамгийн сонирхолтой тал нь эргэн тойронд байгаа энергийг ашиглаж, бага цахилгаанаар хэрэгтэй мэдээлэл цуглуулж чаддагт оршино. Заримдаа инженерийн шинэ шийдэл илүү том батарей бүтээхээс бус, төхөөрөмжөө өөр аргаар ажиллуулах санаанаас эхэлдэг.

Эх сурвалж

• MIT News (2022.09.26): MIT engineers build a battery-free, wireless underwater camera — камерын ажиллах зарчим, туршилт, хэрэглээний боломжийг тайлбарласан.
  https://news.mit.edu/2022/battery-free-wireless-underwater-camera-0926

• MIT Media Lab: Battery-free wireless underwater camera — төслийн танилцуулга, төхөөрөмжийн бүтэц болон туршилтын зургууд.
  https://www.media.mit.edu/projects/battery-free-wireless-underwater-camera/overview/

• Afzal нар, Nature Communications (2022): Battery-free wireless imaging of underwater environments — судалгааны анхны эрдэм шинжилгээний өгүүлэл.
  https://doi.org/10.1038/s41467-022-33223-x