Ses İle Çalışan Sualtı GPS Sistemi Geliştirildi

Kasım 11, 2020Kasım 11, 2020 admin 0 yorum Radyo dalgaları, Ses dalgası

Massachusetts İnstitute of Technology (MIT)’ de görev alan bilim insanlarından oluşan bir ekip, hareket etmek için piller yerine ses kullanan bir sualtı GPS sistemi geliştirdi. Bu sisteme sualtı Geri Saçılım Yerelleştirme (UBL) sistemi adı verildi. Bu çalışma, Media Lab’s Signal Kinetics grubu üyeleri tarafından Computing Machinery’s Hot Topics in Networks çalıştayında bu hafta sunulan bir makalede açıklandı. Bu navigasyon sistemi, bizim için neredeyse uzay kadar bilinmez olan okyanusların keşfi adına umut verici bir adım.

GPS‘in modern yaşamı kavramasından kaçmak neredeyse imkansız. Uydudan iletilen radyo sinyallerine dayanan GPS teknolojisi; nakliye, navigasyon, kişiselleştirilmiş reklamcılık ve daha fazlasında kullanılıyor. 1970’lerde ve 80’lerde piyasaya sürülmesinden bu yana GPS dünyayı değiştirdi. Ama kullanılamadığı bir alan olan okyanusu değiştirmedi.

Neden Önemli?

Radyo dalgaları su içinde hareket ettikçe hızla bozulduğundan, deniz altı iletişimi genellikle akustik sinyallere bağlıdır. Ses dalgaları su altında havadan daha hızlı ve daha uzağa gider ve bu da onları veri göndermenin etkili bir yolu haline getirir. Ancak ses dalgaları kullanmanın bir dezavantajı vardır: ses güce açtır. Akustik sinyaller üreten izleme cihazlarının pilleri çabuk bitebilir. Örneğin; bir balinanın göç hareketini izlemek için üzerine GPS kullanan bir takip cihazı taktığımızı düşünelim. Su altında olduğundan akustik sinyalleri kullanan bu cihazın pili çabuk biter. Tekrar balinayı yakalayıp cihazın pilini yenilemek kolay bir iş değildir. Bu nedenle pil kullanmayan bir su altı navigasyon cihazı su altı araştırmalarında önemlidir.

Nasıl Çalışır?

İki yönlü bir model kullanan UBL, herhangi bir pil olmadan su altında hareket edebiliyor. UBL sistemi, kendi akustik sinyallerini yaymak yerine, ortamından modüle edilmiş sinyalleri yansıtıyor. Bu, araştırmacılara net sıfır enerjide konumlandırma bilgisi sağlıyor. Teknoloji hala gelişiyor olsa da, UBL bir gün deniz koruma uzmanları, iklim bilimcileri ve ABD Donanması için önemli bir araç haline gelebileceği düşünülüyor.

Ekip, daha önce düşük güçlü akustik sinyalizasyon için kullanılan benzersiz bir kaynağa döndü: piezoelektrik malzemeler. Bu malzemeler, titreşen ses dalgaları tarafından pinglenmek gibi mekanik strese, basınca yanıt olarak kendi elektrik yüklerini üretir. Piezoelektrik sensörler daha sonra bu yükü, bazı ses dalgalarını seçerek ortamlarına geri yansıtmak için kullanabilir. Bir alıcı, geri saçılma olarak adlandırılan bu yansıma dizisini 1s (yansıyan ses dalgaları için) ve 0s (yansıtılmayan ses dalgaları için) modeline çevirir. Ortaya çıkan ikili kod, okyanus sıcaklığı veya tuzluluk hakkında bilgi taşıyabilir.

Bu ikili sinyal daha sonra UBL sistemi tarafından, bir ses dalgasının sensörden yansıması ve gözlem ünitesine geri dönmesi için geçen süreyi zamanlar. Bunu bir konum sabitlemesi oluşturmak için kullanılabilecek bilgileri taşımak için kullanabiliyor.

Prensip olarak, aynı teknoloji konum bilgisi sağlayabilir. Bir gözlem ünitesi bir ses dalgası yayabilir, ardından bu ses dalgasının piezoelektrik sensörden yansıması ve gözlem ünitesine dönmesi için ne kadar sürdüğünü ölçebilir. Geçen zaman, gözlemci ile piezoelektrik sensör arasındaki mesafeyi hesaplamak için kullanılabilir. Ancak pratikte, bu tür bir uygulama okyanustaki yankı nedeniyle biraz karmaşıktır.

Ekip, araştırmalarında sığ sularda UBL’nin sıkıntı yaşadığını tespit etti. Böylece, frekans atlamaya yöneldiler. Bu, farklı frekanslardaki sinyallerin bir model içinde gönderildiği ve farklı zamanlarda geri döndüğü anlamına geliyor. Yani, hem zamanlamayı hem de faz verilerini kullanıyorlar.

Şu anda ekip, 20 inç (50 cm) mesafeye kadar gidebilen bir kavram kanıtı UBL sistemine sahip. Ekibin sonraki adımları arasında bu menzili artırmak ve nihayetinde otonom araçların okyanus tabanını haritalandırmasına izin veren bir navigasyon sistemi oluşturmak yer alıyor.