Datenübertragung und Stromversorgung: Kamera bezieht Strom aus Delphingeschnatter
In welchem Gesundheitszustand sind die Meeresbewohner? Sind noch genügend da oder ist die Region schon überfischt? Fragen, die nicht so leicht zu beantworten sind. Unterwasserkameras, die wie Fotofallen an Land Tiere beobachten, sind im Meer nicht so einfach zu nutzen.
Sie brauchen regelmäßig neue Batterien und können keine Bilder in Echtzeit liefern, weil das Wasser keine Funkwellen passieren lässt. Also müssen die Kameras regelmäßig ans Tageslicht gehoben werden, um die Daten auszulesen und die Batterien zu wechseln.
Damit soll jetzt Schluss sein. Sayed Saad Afzal, Fadel Adib und ihre Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology(öffnet im neuen Fenster) (MIT) in Cambridge/USA lösten auf einen Schlag beide Probleme. Sie rüsteten ihre Kamera mit piezoelektrischen Wandlern aus, die Umgebungsgeräusche in Strom umwandeln.
Vorbeifahrende Schiffe und sogar Meeressäuger wie Delphine, die akustische Signale aussenden, um zu kommunizieren, erzeugen im Wasser Schallwellen, die den Wandlern genügen, um elektrische Energie zu erzeugen. Die Energie wird in Superkondensatoren gesammelt. Das Piezo-Verfahren wird in vielen Feuerzeugen genutzt, um den Zündfunken zu erzeugen.
Verschlucken=null, reflektieren=eins
Während dieser Teil der Problemlösung nicht sonderlich schwierig gewesen zu sein scheint, war die Datenübertragung eine echte Herausforderung. Sie basiert wie die Stromerzeugung auf Schallwellen. Der Empfänger der Daten, beispielsweise eine auf der Meeresoberfläche dümpelnde Boje, leitet ein akustisches Signal ins Wasser, das vom Piezoelement der Kamera aufgefangen wird. Wenn es eine Null sendet, verschluckt es das Signal, schickt es aber zurück, wenn es eine digitale Eins sein soll. So wird nacheinander ein ganzes Bild oder sogar eine Videosequenz übertragen.
Da die Piezoelemente nur wenig Strom erzeugen, mussten sich die MIT-Forscher mit einer Schwarz-Weiß-Kamera begnügen. Die Bilder, die die Boje empfängt, sind jedoch in Farbe. Um das zu erreichen, bedienten sich die Forscher eines Tricks.
Jedes Bild besteht aus drei Aufnahmen, die extrem schnell aufeinanderfolgen. Nacheinander beleuchtet die Kamera das Objekt mit rotem, grünem und blauem LED-Licht. Weil die Objekte unterschiedliche Teile des Lichts je nach ihrer eigenen Farbe reflektieren oder schlucken, unterscheiden sich die drei Schwarz-Weiß-Aufnahmen. Werden sie mithilfe einer speziellen Software rekombiniert, entsteht daraus ein Farbbild.
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