Akkulose Unterwasser-Navigation mit Schall
Ansatz von MIT-Wissenschaftlern nutzt Rückstreuung zur genaueren Positionsbestimmung
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Ortungs-Sensor: Tests im Wasser bestanden (Foto: Reza Ghaffarivardavagh/mit.edu) |
Cambridge (pte022/03.11.2020/12:30) Da GPS dort nicht recht funktioniert, kommen unter Wasser akustische Systeme mit hohem Energiebedarf zum Einsatz. Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu wollen das ändern. Sie haben mit "Underwater Backscatter Localization" (UBL) ein System entwickelt, das statt auf aktive Signale auf die Rückstreuung von Schall aus der Umgebung setzt und so ohne Akku auskommt. Es könnte für Meeresbiologie und Klimaforschung nützlich sein.
Rückstreuung statt Stromfressen
GPS ist allgegenwärtig - nur unter Wasser nicht. Denn die Radiowellen durchdringen Wasser sehr schlecht. Deshalb nutzen aquatische Kommunikations- und Ortungssysteme meist Schall, der sich in Wasser sogar besser ausbreitet. "Schall ist ein Energiefresser", sagt Fadel Adib, Leiter der Signal-Kinetics-Gruppe am MIT Media Lab. Entsprechende Ortungssysteme leeren ihre Akkus also schnell. Für Anwendungen wie die Langzeit-Verfolgung von Meeressäugern wäre also eine sparsamere Alternative günstig. Eben diese soll UBL bieten, auf Basis einer Technologie, die akkulose Sensor-Netzwerke (pressetext berichtete: http://pte.com/news/20190821018 ) ermöglicht.
Piezo-elektrische Sensoren erzeugen durch mechanische Verformung Strom und können dann durch selektive Rückstreuung von Schall Informationen übertragen. Eben das kann auch Positionsdaten liefern, indem ein Beobachter die Laufzeit rückgestreuter Signale misst. Allerdings machen Wasseroberfläche und Seeboden das schwer. "Da stößt man auf all diese Reflektionen", so Adib. Das erschwert die Positionsbestimmung durch Rückstreuung besonders in seichtem Wasser. Daher setzt sein Team auf eine Abfolge von Signalen mehrerer Frequenzen. Durch die unterschiedliche Laufzeit und Phase der verschiedenen Frequenzen lässt sich der Abstand von Beobachter zu Tracking-Gerät genauer bestimmen.
Noch viele Herausforderungen
Mit einem Prototypen wurde durch Tests im Charles River ein Machbarkeitsnachweis geliefert. Noch gibt es verschiedene Herausforderungen. So bedarf es laut Simulationen in tiefem Wasser eine Bitrate von 10.000 Bit pro Sekunde (Bit/s), um bewegte Objekte dort zu verfolgen - doch in seichtem Wasser dürfen es nur 100 Bit/s sein, wenn die Rückstreuung eines Trackers ein klares Signal liefern soll. Auch die Reichweite lässt noch zu wünschen übrig.
Die Forscher arbeiten daran, die Probleme zu lösen. Sie hoffen, dass UBL für einen Boom in der Meeresforschung sorgt. Der Ansatz könnte helfen, unbemannte Unterwasser-Drohnen auch bei langen Missionen zuverlässig wieder aufzufinden. Neben Meeresbiologen oder Klimaforschern könnte aber auch das Militär von der Technologie profitieren, deren Entwicklung vom Office of Naval Research http://www.onr.navy.mil der U.S. Navy mitfinanziert wird.
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