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Une caméra sans fil sans batterie pourrait faciliter l'exploration sous-marine

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Ce dispositif pourrait aider les scientifiques à explorer des régions inconnues de l'océan, à suivre la pollution ou à surveiller les effets du changement climatique.

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L'un des obstacles à l'exploration sous-marine est le coût élevé de l'alimentation des caméras, qui implique soit d'attacher la caméra à un navire de recherche, soit d'envoyer un navire pour recharger ses batteries. Pour tenter de résoudre ce problème, les chercheurs du MIT ont mis au point une caméra sous-marine sans batterie et sans fil qui serait beaucoup plus économe en énergie que les autres caméras sous-marines.

La caméra autonome est conçue pour prendre des photos en couleur, même dans des environnements sous-marins sombres, et transmet les données d'image sans fil à travers l'eau. La caméra convertit l'énergie mécanique des ondes sonores se déplaçant dans l'eau en énergie électrique qui alimente à son tour son équipement d'imagerie et de communication. La caméra utilise également les ondes sonores pour transmettre les données d'image capturées à un récepteur qui reconstruit l'image

Sans avoir besoin d'une source d'énergie, la caméra peut potentiellement fonctionner pendant des semaines avant d'être récupérée. Cela permettrait aux scientifiques de mener des explorations sous-marines dans des régions éloignées, ainsi qu'aux spécialistes de l'environnement de capturer des images de la pollution des océans ou de surveiller la santé et la croissance des poissons élevés dans des fermes aquacoles.

"L'une des applications les plus passionnantes de cette caméra pour moi personnellement est dans le contexte de la surveillance du climat", a déclaré Fadel Adib, professeur associé au département de génie électrique et d'informatique et directeur du groupe de cinétique des signaux au MIT Media Lab, et auteur principal d'un nouvel article sur le système. "Nous construisons des modèles climatiques, mais il nous manque les données de plus de 95 % de l'océan. Cette technologie pourrait nous aider à construire des modèles climatiques plus précis et à mieux comprendre l'impact du changement climatique sur le monde sous-marin."

Les coauteurs de l'article et les assistants de recherche du groupe Signal Kinetics, Sayed Saad Afzal, Waleed Akbar et Osvy Rodriguez, ainsi que le chercheur Unsoo Ha et les anciens chercheurs du groupe, Mario Doumet et Reza Ghaffarivardavagh, se sont joints à Adib.

Récolte d'énergie

Les scientifiques se sont appuyés sur les principes de la récolte d'énergie pour construire la caméra. La caméra acquiert de l'énergie à l'aide de transducteurs faits de matériaux piézoélectriques placés autour de son extérieur. Lorsqu'une onde sonore se déplaçant dans l'eau frappe les transducteurs piézoélectriques, ceux-ci vibrent et convertissent cette énergie mécanique en énergie électrique.

Ces ondes sonores peuvent provenir de n'importe quelle source. L'appareil photo stocke l'énergie récoltée jusqu'à ce qu'elle soit suffisante pour alimenter l'électronique qui prend les photos et communique les données.

Les scientifiques ont déployé des capteurs d'image à très faible puissance disponibles dans le commerce pour assurer les fonctions de la caméra. Mais pour obtenir l'éclairage nécessaire dans les environnements sous-marins sombres et pour pouvoir produire une image en couleur, les scientifiques ont utilisé des LED rouges, vertes et bleues (RVB) pour éclairer l'image en niveaux de gris capturée. La lumière colorée rouge, verte et bleue se reflète dans la partie blanche de chaque photo, et les données de l'image sont combinées en post-traitement pour reconstruire l'image en couleur.

Transmission du son sous l'eau

Grâce à un processus appelé rétrodiffusion sous-marine, la caméra envoie les données de l'image numérique à un récepteur. Le récepteur transmet des ondes sonores à travers l'eau à la caméra, qui agit comme un miroir pour réfléchir ces ondes. La caméra renvoie une onde vers le récepteur ou transforme son miroir en un absorbeur afin qu'elle ne soit pas réfléchie.

Un hydrophone situé à côté de l'émetteur détecte si un signal est renvoyé par la caméra. Le système utilise des informations binaires pour reconstruire et post-traiter l'image.

"L'ensemble du processus, puisqu'il suffit d'un seul interrupteur pour faire passer le dispositif d'un état non réfléchissant à un état réfléchissant, consomme cinq ordres de grandeur d'énergie en moins que les systèmes de communication sous-marins habituels", a déclaré Sayed Saad Afzal, assistant de recherche du groupe Signal Kinetics.

Après avoir construit un prototype fonctionnel et l'avoir testé dans plusieurs environnements sous-marins, les chercheurs prévoient d'améliorer le dispositif pour le déployer dans des environnements réels. Ils souhaitent augmenter la mémoire de l'appareil afin qu'il puisse prendre des photos en temps réel, diffuser des images en continu ou même filmer des vidéos sous-marines. Les scientifiques veulent également étendre la portée de la caméra au-delà des 40 mètres du récepteur utilisé lors des essais, ce qui permettrait à la caméra de fonctionner dans davantage de milieux sous-marins.