Yeni kamera: Pipi karidesinin gözlerini taklit ederek su altında konumlandırma ve navigasyon için kullanılabilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri Illinois Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, Pippi karidesinin gözlerini taklit ettiler ve polarize ışık bilgilerini toplamak için biyolojik olarak ilham alan bir kamera tasarladılar. Bu araştırma, ilk kez, su altı yön bulma sistemleri için yeni olanaklar açacak ve deniz hayvanlarının göç davranışını anlayacak, su altı polarize ışık bilgisini kullanan yeni bir tür su altı küresel konumlandırma sistemini gösteriyor.
arka fon
ABD GPS sistemi, Çin Beidou sistemi, Rus GLONASS sistemi ve AB Galileo sistemi gibi küresel uydu navigasyon sistemleri, cep telefonları, elektronik ürünler, kara araçları, yüzey gemileri ve hava için kullanılabilen uydu tabanlı radyo navigasyon ve konumlandırma sistemleridir. Hassas konumlandırma ve seyrüsefer hizmetleri sağlayan uçak.
Bununla birlikte, uydu navigasyon ve konumlandırma sistemlerinin sinyalleri radyo dalgaları tarafından gönderilir ve radyo dalgalarının kalın suya nüfuz etmesi zordur. Bu nedenle, su altında kalan denizaltılar ve insansız denizaltılar, konumlandırma ve navigasyon görevlerini tamamlamak için küresel uydu konumlandırma ve navigasyon sisteminin terminallerini doğrudan kullanamazlar.
Bununla birlikte, ses dalgaları suda gözlemlendiğinde ve ölçüldüğünde benzersiz avantajları vardır: uzun iletim mesafesi ve güçlü penetrasyon. Bilim adamları, sualtı hedeflerinin tespitini, konumlandırılmasını ve iletişimini tamamlamak için sıklıkla ses dalgalarının yayılma özelliklerini kullanırlar. Örneğin, yazar bir zamanlar İspanya'nın IMDEA Networks ve İsrail'in Hayfa Üniversitesi tarafından ortaklaşa geliştirilen su altı akustik konumlandırma sistemini tanıttı.
(Resim kaynağı: IMDEA Networks)
Radyo dalgaları ve ses dalgalarının yanı sıra konumlandırma ve navigasyon için kullanılabilecek bir başka dalga olan ışık dalgaları vardır. Polarize ışık navigasyonu, doğadaki canlıların doğuştan gelen navigasyon yöntemlerinden biridir. Karıncalar, arılar, cırcır böcekleri ve göçmen kuşlar gibi birçok hayvan, gezinmek için atmosfere dağılan güneş ışığının polarizasyon özelliklerini kullanabilen polarize görme sistemlerine sahiptir.
Yenilikçilik
Bugün, su altında konumlandırma ve navigasyon için polarize ışığın kullanımına odaklanacağız. İnsan gözünde denizin altındaki ortam düz lacivert bir resim gibidir; ancak suda yaşamaya alışmış birçok hayvanın gözünde su altı resmi, polarize görüntülerle büyük bir görüntüdür. "Pipi karidesi" olarak da bilinen mantis karidesi, suda yaşamaya alışkın bir hayvandır.Gözleri polarize ışık bilgilerini toplayabilir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Amerika Birleşik Devletleri Illinois Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, polarize ışık bilgilerini toplayan ve yeni bir küresel su altı konumlandırma sistemi geliştiren biyolojik olarak ilham alan bir kamera tasarlamak için Pippi karidesinin gözlerini taklit ettiler. "Science Advances" te yayınlanan araştırma, su altı polarize ışık bilgisini kullanan bir su altı pasif küresel konumlandırma sistemini ilk kez gösterdi. Bu teknoloji, su altı navigasyon sistemleri için yeni olanaklar sunacak ve deniz hayvanlarının göç davranışını anlayacak.
(Resim kaynağı: Viktor Gruev)
teknoloji
Kamera, ona ilham veren Pipi karidesinin adını taşıyan, "Mantis Cam" (Mantis Cam) adı verilen polarize bir ışık görüntüleyicidir. Işık, su yüzeyinden kırılıp suya dağıldığında, bu tür kameralar sadece ışık kırılması veya saçılmasının polarizasyon özelliklerini kullanır.
(Resim kaynağı: referans [2])
Bu araştırmanın lideri, Illinois Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü ve Carle Illinois Tıp Fakültesi Profesörü Viktor Gruev şunları söyledi: Deniz biyologlarıyla birlikte, dünyanın her yerinden su altı polarize ışık verilerini topladık ve fark ettik. Polarize ışık görüntüleri sürekli değişiyor. Bu, biyologların sualtı polarize ışık bilgisi hakkında düşündüklerinden tamamen farklı. Bu görüntülerin kamera arızasından kaynaklandığına inanıyorlar ve bizler kendi teknolojimizden çok eminiz. Bu fenomenin yapabileceğini biliyoruz. Daha fazla araştırma ipuçları sağlar. "
Laboratuvara döndükten sonra Gruev ve makalenin ortak yazarlarından biri olan yüksek lisans öğrencisi Samuel Powell, su altı kutuplaşma görüntüsünün güneş ile görüntü toplama noktası arasındaki göreceli konumdan kaynaklandığına inanıyor. Sualtı polarize görüntülerinin, GPS koordinatlarını hesaplamak için güneşin azimut ve yüksekliğinin yanı sıra çekim tarihi ve saatini değerlendirmek için kullanılabileceğini buldular.
(Resim kaynağı: referans [2])
Illinois Üniversitesi'ndeki Beckman İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nün bir üyesi olan Gruev şunları söyledi: "Biyolojik olarak ilham alan bir kamerayı bir elektronik pusula ve bir eğim sensörüyle birleştirerek, dünya çapında farklı yerlerde, su altı derinliklerinde, hava akış koşullarında ve zamanda su altı polarizasyonunu ölçebiliyoruz. Küresel su altı konumlandırma sistemimizi test etmek için optik veriler. Dünya üzerindeki konumumuzu 61 kilometre hassasiyet aralığında bulabildiğimizi gördük. "
(Resim kaynağı: referans [2])
değer
Bu teknoloji, su altında daha iyi gezinmek ve yeni yollar açmak için insanlar ve robotlar için polarize ışık görsel ipuçları kullanıyor. Powell şunları söyledi: "Kayıp uçağın yerini tespit etmeye ve hatta deniz tabanının ayrıntılı bir haritasını oluşturmaya yardımcı olmak için su altı küresel konumlandırma sistemimizi kullanabiliriz. Sensörlerimizle donatılmış robot kümeleri, mevcut olanlara kıyasla su altı uzaktan algılama için düşük maliyetli bir çözüm sağlayabilir. Plan daha uygun maliyetli. "
Bu araştırma aynı zamanda birçok deniz türünün göç davranışına yeni bakış açıları getirecektir. Gruev şunları söyledi: "Örneğin, deniz kaplumbağaları ve yılanbalıkları gibi hayvanlar, binlerce millik okyanusta bir yolculuk sırasında yıllık göç yolunda gezinmek için çok sayıda sensör kullanacak. Bu sensörler ayrıca manyetizma, koku ve araştırmamızın temelini de içeriyor. Polarize ışık bilgisi için görsel ipuçları. "
Öte yandan, bu teknolojinin araştırmacılara, kirleticilerin polarize ışığa duyarlı hayvanların göç yollarını nasıl değiştirdiğini anlamalarına yardımcı olması bekleniyor. Gruev, "Havadaki ve sudaki kirleticilerin artması, su altındaki polarize ışık görüntüsünü değiştirerek su altı ortamının birçok hayvanın öğrendiği ortamdan farklı olmasına neden olacak. Balinalar gibi bazı uzun mesafeli göçmen hayvanlar yoldan çıkacak ve yoldan gidecek. . "
Örneğin Gruev, daha önce hiç gözlemlemediğimiz Kaliforniya kıyılarında daha fazla balinanın mahsur kaldığını söyledi. "Belki de kirletici dolaylı suçludur çünkü göç için gerekli olan su altı polarize ışık görüntüsünü etkiler."
Anahtar kelime
Optik, polarizasyon, biyonik, kamera
Referans
[1] https://news.illinois.edu/view/6367/635061
[2] Samuel B. Powell, Roman Garnett, Justin Marshal, Charbel Rizk, Viktor Gruev. Biyo-esinlenmiş polarizasyon görüşü, su altı jeolokalizasyonunu sağlar. Science Advances 04 Nisan 2018; Cilt 4, sayı 4, eaao6841 DOI: 10.1126 / sciadv.aao6841
