比傳統海底攝影機節能 10 萬倍,MIT 發明聲波供電的無電池水底相機

2022/09/30

圖文引用自:technews

長久以來,科學家非常仰賴水底攝影機尋找新物種、監控海洋污染,乃至氣候變遷對海底世界的影響,或追蹤水產養殖場魚類健康和成長狀況。目前常見水下攝影機多半仰賴電池供電,所以必須在沒電時特別派船充電,雖然也可直接透過電纜線連接水上研究艇供電,不論如何供電成本都非常高。

MIT 麻省理工學院成功開發出堪稱劃時代海洋研究工作利器的自主式水底相機原型機,和傳統海底攝影機最大差別就是完全不靠電池,而是聲波產生的機械能轉換成電能幫相機和通訊充電。所有拍攝內容也會透過聲波無線傳送到接收器影像重建。原型能源效率表現驚人,比傳統海底攝影機高 10 萬倍。

這款原型相機不需電源,所以從海底取回相機前,可連續運作好幾星期,為克服物種研究、海洋及氣候監控等問題邁開關鍵的一大步。MIT 副教授 Fadel Adib 表示,新相機最令人興奮的應用之一就是氣候監控,能協助建立更精準的氣候模型,更了解氣候如何影響海底世界。

透過壓電材料換能器將聲波機械能轉換成電能

為了打造自主長期運作的水底相機,研究人員使之有自行收集水底能源,同時功率消耗極低的能力。方法是透過布滿整個相機外部壓電材料製成的換能器(Transducer)取得能源。換言之,充分運用壓電材料施加機械力時會產生電訊號原理,當聲波在水中傳到換能器,元件會振動,將機械能轉成能拍照與通訊的電能。對水底相機來說,整個大海就是取之不盡、用之不竭的聲波,如行經船舶,甚至海底生物游動。

除了自主長期運作功能,保持低功耗也是重要課題。研究人員使用現成超低功耗影像感測器,但只能擷取灰階影像,研究人員特別開發超低功耗閃光燈。同步使用紅、綠、藍(三原色)LED 閃光燈,再經影像資料組合等後製處理,便能重建彩色照片,即使再黑再暗的海底環境也能辦到。

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