Hệ thống định vị dưới nước không cần pin

Hệ thống định vị dưới nước không cần pin

Các nhà khoa học hiện nay có trong tay bản đồ bề mặt Mặt trăng chính xác hơn so với đáy đại dương. Nhưng công nghệ định vị mới không cần pin của nhóm các nhà nghiên cứu ở MIT có thể thúc đẩy sự bùng nổ trong khám phá đại dương.Các nhà khoa học hiện nay có trong tay bản đồ bề mặt Mặt trăng chính xác hơn so với đáy đại dương. Nhưng công nghệ định vị mới không cần pin của nhóm các nhà nghiên cứu ở MIT có thể thúc đẩy sự bùng nổ trong khám phá đại dương."Đói điện"Cuộc sống hiện đại gần như không thể thoát khỏi hệ thống định vị toàn cầu GPS. Công nghệ này, dựa trên tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh, được sử dụng trong vận chuyển, điều hướng, quảng cáo nhắm mục tiêu, v.v... Kể từ khi được giới thiệu vào những năm 1970 và 1980, GPS đã thay đổi thế giới. Nhưng nó không thay đổi đại dương. Nếu bạn muốn trốn khỏi GPS, cách tốt nhất là xuống dưới nước.Bởi vì sóng vô tuyến nhanh chóng suy yếu khi chúng di chuyển trong nước. Vì thế, liên lạc dưới biển thường phụ thuộc vào tín hiệu âm thanh. Sóng âm truyền đi nhanh hơn và xa hơn dưới nước so với trong không khí, trở thành một cách hiệu quả để gửi dữ liệu dưới nước. Nhưng sóng âm có một nhược điểm."Âm thanh rất ngốn điện," Fadel Adib, người dẫn đầu nghiên cứu mới ở Media Lab, MIT, cho biết. Để gửi thông tin (nhiệt độ, độ mặn của nước hay vị trí, v.v...) về bộ phận thu tín hiệu, các thiết bị đánh dấu trên biển phải tạo ra tín hiệu âm thanh và do đó hết pin rất nhanh. Vì thế rất khó theo dõi chính xác các đối tượng dưới biển trong một khoảng thời gian dài. Chẳng hạn, một thiết bị đánh dấu gắn vào một con cá voi đang di cư thì rất khó thay pin, hoặc một robot tự hành dưới biển sâu với lượng năng lượng hạn chế. Vì vậy, nhóm Media Lab đã tìm cách tạo ra thiết bị đánh dấu sử dụng âm thanh mà không tốn pin, có tên Underwater Backscatter Localization (UBL), nhờ dựa trên vật liệu áp điện.Thiết bị đánh dấu mới sử dụng vật liệu và cảm biến áp điện.Nguyên tắc vận hànhVật liệu áp điện tạo ra điện tích riêng của chúng để phản ứng với ứng suất cơ học, giống như chúng được kích hoạt bởi sóng âm rung động. Sau đó, cảm biến áp điện có thể sử dụng điện tích mà vật liệu áp điện phát ra để phản xạ có chọn lọc một số sóng âm trở lại môi trường, thay vì tự tạo ra âm thanh. Bộ phận thu tín hiệu phiên dịch chuỗi phản xạ từ các thiết bị đánh dấu mang cảm biến áp điện, gọi là tán xạ ngược, thành dạng mã nhị phân: 1 (đối với sóng âm phản xạ) và 0 (đối với sóng âm không phản xạ). Kết quả là mã nhị phân thu được từ thiết bị đánh dấu có thể mang thông tin về nhiệt độ nước biển hoặc độ mặn.Về nguyên tắc, công nghệ này cũng có thể cung cấp thông tin vị trí để định vị các vật thể dưới biển, như cá voi hoặc robot tự hành. Một bộ thu phát sóng có thể phát ra sóng âm, sóng âm đi đến thiết bị đánh dấu mang cảm biến áp điện và phản xạ lại thiết bị thu phát. Đồng hồ sẽ ghi lại thời gian sóng âm di chuyển, và dựa vào đó để tính khoảng cách giữa thiết bị thu phát và thiết bị đánh dấu mang cảm biến áp điện.Nhưng trên thực tế, việc xác định thời gian tán xạ ngược như vậy rất phức tạp, bởi vì đại dương có thể là một buồng dội âm. Sóng âm thanh không chỉ truyền trực tiếp giữa thiết bị quan sát và cảm biến trên thiết bị đánh dấu mà còn bị ảnh hưởng bởi bề mặt và đáy biển, khiến cho thời gian di chuyển khác nhau tùy thời điểm. Những điều kiện môi trường phản xạ xung quanh sẽ gây nhiễu và làm cho việc tính toán vị trí trở nên phức tạp.Các nhà nghiên cứu đã khắc phục vấn đề này bằng “nhảy tần”. Thay vì gửi tín hiệu âm thanh ở một tần số duy nhất, thiết bị quan sát sẽ gửi một chuỗi tín hiệu trên một dải tần số. Mỗi tần số có một bước sóng khác nhau nên sóng âm phản xạ trở lại đơn vị quan sát ở các thời điểm khác nhau. Bằng cách kết hợp thông tin về thời gian di chuyển và chênh lệch thời điểm giữa các tần số, người quan sát có thể xác định chính xác khoảng cách đến thiết bị đánh dấu mang cảm biến áp điện.Nhảy tần đã thành công trong thử nghiệm mô phỏng vùng nước sâu, nhưng vẫn cần biện pháp bảo vệ bổ sung để loại bỏ tiếng ồn dội lại lớn hơn ở các vùng nước nông.Trong môi trường nhiều tiếng vọng như vậy, các nhà nghiên cứu phải làm chậm dòng thông tin. Họ giảm tốc độ bit, về cơ bản là giảm tốc độ gửi tín hiệu. Cách này cho phép tiếng vọng của từng tín hiệu giảm đi trước khi có khả năng gây nhiễu cho tín hiệu tiếp theo. Trong khi tốc độ gửi 2.000 bit/ giây đủ để tránh nhiễu ở vùng nước sâu, các nhà nghiên cứu phải điều chỉnh xuống 100 bit/ giây ở vùng nước nông để thu được tín hiệu phản xạ rõ ràng từ thiết bị đánh dấu mang cảm biến áp điện.Để theo dõi các đối tượng chuyển động, các nhà nghiên cứu phải tăng tốc độ gửi tín hiệu. Trong mô phỏng, 1.000 bit/ giây là quá chậm để xác định chính xác một vật thể mang thiết bị đánh dấu đang di chuyển qua vùng nước sâu với tốc độ 30cm/ giây. "Vào thời điểm bạn có đủ thông tin để khoanh vùng đối tượng, nó đã di chuyển khỏi vị trí cũ," Afzal giải thích. Với tốc độ 10.000 bit/ giây, họ đã có thể theo dõi vật thể mang thiết bị đánh dấu qua vùng nước sâu.Tiềm năng khám phá đại dươngNhóm của Adib đang nỗ lực cải tiến công nghệ UBL, giải quyết những thách thức như xung đột giữa tốc độ bit thấp cần thiết ở vùng nước nông và tốc độ bit cao cần thiết để theo dõi vật thể chuyển động.Nhìn chung, các thử nghiệm của nhóm đã đưa ra một thiết bị trình diễn đáng chú ý ngay cả trong môi trường nhiều nhiễu như khu vực nước nông. Họ hy vọng UBL có thể góp phần thúc đẩy sự bùng nổ trong khám phá đại dương. Reza Ghaffarivardavagh, đồng tác giả nghiên cứu, lưu ý rằng các nhà khoa học hiện nay có bản đồ bề mặt mặt trăng chính xác hơn so với đáy đại dương. “Tại sao chúng ta không thể gửi các phương tiện không người lái dưới nước xuống khám phá đại dương? Câu trả lời là vì chúng ta sẽ mất chúng,” Ghaffarivardavagh nói. GPS có thể hoạt động ngoài không gian nhưng không hoạt động được dưới đáy biển, còn sóng âm hiện nay thì quá tốn năng lượng.Một ngày nào đó, UBL có thể giúp định vị các phương tiện tự hành dưới nước mà không tốn năng lượng pin quý giá. Công nghệ này cũng có thể giúp các robot dưới biển hoạt động chính xác hơn và cung cấp thông tin về tác động của biến đổi khí hậu trong đại dương. Theo Adib, “Có rất nhiều ứng dụng. Chúng tôi hy vọng sẽ hiểu đại dương trên quy mô lớn.” Nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi Văn phòng Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ và đã được công bố tại hội thảo của Hiệp hội Tính toán Hoa Kỳ. Nguồn:https://news.mit.edu/2020/underwater-gps-navigation-1102Hoàng Nam dịch

Phát hiện bằng chứng cho thấy khủng long đã đi khắp các đại dương

Phát hiện bằng chứng cho thấy khủng long đã đi khắp các đại dương

GD&TĐ - Hóa thạch của một loài khủng long mỏ vịt đã được phát hiện ở châu Phi, khiến các chuyên gia tin rằng loài này đã từng đi hàng trăm km qua các đại dương để đến lục địa này.

giaoducthoidai.vn
Phát hiện rặng san hô cao 500 mét ngoài khơi nước Úc, chiều cao gấp gần 2 lần tòa nhà Bitexco

Phát hiện rặng san hô cao 500 mét ngoài khơi nước Úc, chiều cao gấp gần 2 lần tòa nhà Bitexco

Các nhà hải dương học vừa mới phát hiện ra nó, thậm chí còn chưa kịp đặt tên.

genk.vn
Phát hiện rạn san hô 'siêu to khổng lồ' chưa từng được ghi nhận trong 120 năm qua

Phát hiện rạn san hô 'siêu to khổng lồ' chưa từng được ghi nhận trong 120 năm qua

Nó giống như một ngọn tháp lớn nhô ra khỏi đáy biển và kéo dài 500 mét về phía bề mặt.

genk.vn
Viettel - Vingroup hợp tác phát triển phiên bản khối cao tần cho trạm thu phát sóng 5G

Viettel - Vingroup hợp tác phát triển phiên bản khối cao tần cho trạm thu phát sóng 5G

Ngày 20/10, Tập đoàn Công nghiệp – Viễn thông Quân đội Viettel và Tập đoàn Vingroup đã ký thỏa thuận hợp tác phát triển phiên bản khối cao tần cho trạm thu phát sóng 5G.

khoahocphattrien.vn
Khám phá chi tiết về thảm họa khủng khiếp nhất đã xảy ra trên Trái đất

Khám phá chi tiết về thảm họa khủng khiếp nhất đã xảy ra trên Trái đất

MOSKVA (Sputnik) - Các nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu đại dương Helmholtz ở Đức đã khám phá ra bức tranh chi tiết về thảm họa toàn cầu tồi tệ nhất đã hủy diệt...

vn.sputniknews.com
Tìm xuống vùng biển sâu nhất đại dương, khoa học phát hiện sự thật đau lòng: Biến đổi khí hậu đang nghiêm trọng hơn bao giờ hết rồi

Tìm xuống vùng biển sâu nhất đại dương, khoa học phát hiện sự thật đau lòng: Biến đổi khí hậu đang nghiêm trọng hơn bao giờ hết rồi

Có một xu hướng đáng ngại đang tồn tại dưới đáy đại dương, và khoa học đang tích cực tìm hiểu thêm.

genk.vn
Đại dương đang giống như một chiếc bánh nhiều lớp và điều này quả thực nguy hiểm với toàn bộ hệ sinh thái

Đại dương đang giống như một chiếc bánh nhiều lớp và điều này quả thực nguy hiểm với toàn bộ hệ sinh thái

Các đại dương đang phải đối mặt với nhiều vấn đề, từ axit hóa đến mực nước biển dâng. Biển giờ đây trông giống như một chiếc bánh phân tầng với một lớp chất lỏng khổng lồ bên trên.

genk.vn
Trái Đất sẽ ra sao nếu tất cả đại dương đột nhiên bị hút cạn nước biển chỉ trong 1 phút?

Trái Đất sẽ ra sao nếu tất cả đại dương đột nhiên bị hút cạn nước biển chỉ trong 1 phút?

Để trả lời câu hỏi này, kênh Youtube khoa học nổi tiếng What IF đã đưa ra một kịch bản giả tưởng, khi nước của tất cả đại dương bị hút cạn chỉ trong một phút

genk.vn
'Hơn 14 triệu tấn nhựa nhỏ xíu đang nằm dưới đáy đại dương'

'Hơn 14 triệu tấn nhựa nhỏ xíu đang nằm dưới đáy đại dương'

TTO - Một nghiên cứu vừa được công bố của Cơ quan nghiên cứu khoa học Úc (CSIRO) ước tính ít nhất có khoảng 14 triệu tấn vi nhựa có chiều rộng dưới 5mm nằm sâu dưới đáy các đại dương trên thế giới.

tuoitre.vn
Xác nhận các đại dương trên Trái đất đang trong tình trạng thảm họa

Xác nhận các đại dương trên Trái đất đang trong tình trạng thảm họa

MOSKVA (Sputnik) - Các nhà khoa học về khí hậu đã soạn thảo một bản báo cáo, cho biết nhiệt độ nước biển tăng cao chưa từng có là do hiện tượng ấm lên toàn cầu. Điều...

vn.sputniknews.com
Các tin khác
a
Xem thêm
Góc nhìn VNREVIEW
Tin mới nhất
Đọc nhiều nhất Phản hồi nhiều nhất

1 Vì sao BigC Việt Nam đổi tên còn tại Thái Lan thì không?

2 Trung Quốc đổ xô thu mua máy móc bán dẫn đã qua sử dụng của Nhật

3 Chỉ là ông lớn ở "vùng đất chết", Nikon có thể là cái tên tiếp theo rút khỏi thị trường máy ảnh

4 Tại sao video 10 giây có hình ông Donald Trump được bán với giá 6,6 triệu USD?

5 Tại sao không hãng smartphone nào sao chép nút gạt tắt âm trên iPhone và OnePlus?

Điểm tin tuần