Korzystając z projektu zainspirowanego przez jednego z najlepszych żeglarzy oceanów, zespół naukowców z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory opracowuje tani czujnik do monitorowania oceanów. Czujniki są wzorowane na Velella velella, pływających stworzeniach podobnych do meduz, które pływają po powierzchni oceanu.
Nowe platformy czujników – opracowane we współpracy z Naval Postgraduate School i lokalną firmą zajmującą się elektrotechniką lotniczą – obejmują zaawansowaną elektronikę o niskim poborze mocy, która może mierzyć kluczowe parametry oceaniczne, takie jak zasolenie, temperatura i położenie. Dane są następnie wysyłane do naukowców za pomocą komunikacji satelitarnej w celu globalnego monitorowania w czasie rzeczywistym.
Pomiar zasolenia
Sól powoduje, że woda staje się gęstsza, a podczas gdy cyrkulacja wód powierzchniowych jest napędzana głównie przez wiatry powierzchniowe, zmiany gęstości i temperatury wody morskiej napędzają prądy oceaniczne głębiej pod powierzchnię. Modele globalnej cyrkulacji oceanicznej wskazują, że te głębokie, napędzane gęstością prądy odgrywają ważną rolę w pośredniczeniu w klimacie naszej planety, oprócz składników odżywczych oceanów i cykli dwutlenku węgla.
Chociaż satelity są w stanie przechwytywać dane dotyczące zasolenia z dużych części oceanu, dane z boi i urządzeń w wodzie, takich jak czujniki Velella velella, zapewniają bardzo dokładne lokalne odczyty.
„Jeśli możemy lepiej monitorować stan oceanów i zmiany środowiska na całym świecie, możemy podejmować lepsze decyzje dotyczące łagodzenia lub dostosowywania się do tych zmian”, mówi Leslie Hamilton, inżynier materiałoznawczy APL.
Podobny do natury
Nazywany „żeglarzami na wietrze”, Velella velella, który zainspirował czujniki APL, tworzy duże ławice i żywi się planktonem, płynąc po morzu, napędzany wiatrem napędzającym ich żagle. Aby czujniki biomimetyczne mogły spakować tak ciężki technologicznie cios w tak mały pakiet, wiele komponentów jest wielofunkcyjnych.
„Żagiel nie tylko łapie wiatr, ale także służy do przechowywania elementów elektrycznych, takich jak anteny, które muszą znajdować się nad linią wody” — mówi Kyle Lowry, inżynier ds. projektowania mechaniki w APL. „Dolna część Velella velella przypomina stępkę statku, w której jednocześnie mieści się większość elektroniki, zapewnia dogodną lokalizację czujnika zasolenia i obniża środek ciężkości czujnika w celu zapewnienia stabilności”.
Na obszarach oceanów, gdzie brakuje składników odżywczych i planktonu, prawdziwa Velella velella może wychwytywać energię słoneczną za pomocą symbiotycznych komórek alg, a następnie przekształcać tę energię w energię w procesie podobnym do fotosyntezy. Każdy z krzemowych czujników inspirowanych APL Velella zbiera również energię słoneczną, wykorzystując dwa panele słoneczne na szczycie płetwy do zasilania swojej maleńkiej elektroniki.
„Kiedy unosisz się w oceanie, energia słoneczna naładuje akumulator”, mówi inżynier elektryk APL, Daniel Ayoub. Czujnik zasolenia zostanie zanurzony i będzie mierzyć poziom zasolenia w sposób ciągły.
Adaptowalne urządzenia do komunikacji wodnej
Elektronika, którą można dostosować do różnych zainteresowań badawczych, jest przeznaczona do okresowego raportowania temperatury, lokalizacji i zasolenia za pośrednictwem komunikacji satelitarnej. Aby przetestować te możliwości, prototyp elektroniki został wysłany balonem meteorologicznym z wybrzeża Delaware. Prototyp znajduje się obecnie na Oceanie Środkowoatlantyckim, a lokalizację i temperaturę zgłaszano kilka razy dziennie przez ponad 20 tygodni.
Aby przeprowadzić wstępne testy pływalności, zespół umieścił czujniki na powierzchni basenu APL. Następnie nastąpił ograniczony start na Pacyfik. Niedawno naukowcy z Naval Postgraduate School opublikowali najnowszą wersję swojego projektu w Monterey w Kalifornii. Czujnik jest obecnie podłączony do stacji dokującej, aby umożliwić dalsze testowanie i ocenę w prawdziwym środowisku oceanicznym.
W przyszłych fazach testowania naukowcy wdrożą szereg urządzeń, które naśladują naturalną architekturę szkoły Velella velella i są w stanie dostarczyć większe zestawy krytycznych danych oceanicznych.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
