麻省理工学院开发出新型水下传感和通信系统，不需要电池
8月22日消息，美国麻省理工学院科研团队开发出一种不用电池的水下通信系统，可在几乎不使用能量的情况下从水下传输数据到陆上，可应用于实时监测海水生态和海洋生物活动等。据麻省理工学院称，这可以帮助建立一个水下物联网，用于进行海水温度和海洋生物的实时监测，并免去定期更换设备和电源的麻烦。如果真的不用定期更换设备和电源，我们甚至可以利用它在遥远行星的海洋中建立水下传感器网络。
这套系统由麻省理工学院的研究人员设计，它使用一个发射器在水下发出声波，然后触及带有嵌入式接收器的传感器，并在此过程中传输少量能量。然后，传感器可以利用接收到的能量做出应答，或者不做应答——这对应的是 1 或 0，意味着它能够以二进制方式进行通信。这一切所需的唯一能量就储存在发射器发出的声波当中。
这套系统的设计灵感是该研究项目研究员、麻省理工学院助理教授法德尔·阿迪布（Fadel Adib）在观看自然纪录片《蓝色星球》（Blue Planet）时产生的，他想到地球海洋还有很多地方是未经研究的，以及解决这个问题不能使用依赖电池运行的传感器，因为那会造成大量的污染。
这种通信系统的原理是，由一个发射器在水下发出声波，远处的一个设备收到声波后发生振动，后者利用“压电效应”将产生的电荷存储起来，这些能量就可以用来将声波反射至发射器。发射器将是否收到反射声波，解码为二进制的1或0，从而实现信息传递。当系统需要传递0时，电荷被收集起来，这时发射器不会收到回馈；当系统需要传递1时，一个微控制器会利用存储起来的电荷产生一个微小的电压，将声波反射回去，这时发射器会就收到回馈。
研究人员给可产生“压电效应”的设备加装上传感器，用于收集水温和水压数据。结果显示，在两个设备相隔10米的水下，可实现每秒3千字节数据的精确传输。
本质上，这套系统的工作原理是：让压电谐振器（它在麦克风等产品中应用已有 100 多年）根据包含在你可能想用压电材料与之配对的传感器中的信息，要么发生变形对声波做出反应，要么保持形状进行反射。那会发回二进制信号，而我们可以收集和解译那些信号。
接下来，该研究团队将努力证明这套系统可以在更远的距离上工作，并与其他传感器协同工作以实现同步传输。最后，它甚至可以传输声音乃至低分辨率的图像，这对建立远程监测站来说将是一个巨大的进步——尤其是在我们在探索地外行星的时候。
这一通信系统中，只有发射器需要能量，它可以安装在船只或浮标下面以便于供能，而水下的传感器则不需要电池。论文共同作者、麻省理工学院媒体实验室助理教授法德勒·阿比德说，不需要电池还能实现通信功能的传感器，为在各种极端环境中开展工作提供了可能性。
研究人员正在尝试实现长距离和多个传感器同时传输，未来他们还将测试利用该系统实现声音信息和低分辨率图像的传输。
这项研究本周在美国计算机协会数据通信专业组会议上获得“最佳论文奖”。
文章来源：新华社
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