Раньше для изучения морского дна использовали гидролокаторы, которые устанавливали на корабли.
Инженеры из Стэнфородского университета разработали первый способ изучать подводные объекты с воздуха с высокой точностью. Для этого они создали систему, которая комбинирует свет и звук, чтобы преодолеть «барьер» на границе воды и воздуха.
Как пояснили исследователи, воздушные, космические и лазерные радарные системы уже многие десятилетия позволяют наносить на карту ландшафты Земли. Однако морская вода всегда была непреодолимой преградой из-за физики: звуковые волны не могут переходить из воздуха в воду и наоборот, не потеряв 99,9% энергии в процессе. Электромагнитные волны, к которым относится свет, микроволны и радарные сигналы, также теряют энергию при переходе из одной физической среды в другую.
Из-за этого у учёных до сих пор нет точных данных о ландшафте под водой, которая покрывает большую часть Земли. В отличие от суши, подводный рельеф лишь отчасти отснят в высоком разрешении благодаря гидролокаторам на кораблях, которые отправляют в конкретные регионы. Однако этот способ слишком медленный и неэффективный для больших территорий.
Для решения проблемы исследователи из Стэнфорда придумали фотоакустическую воздушную сонарную систему (PASS), которая использует сильные стороны света и звука, чтобы получить «лучшее от обоих миров». В воздухе PASS использует лазер, а когда сигнал достигает воды, то генерирует ультразвуковые волны, которые отражаются и возвращаются обратно к поверхности.
Возвращающиеся звуковые волны всё ещё теряют энергию, когда проходят через поверхность воды, но PASS компенсирует двойную потерю энергии, генерируя ультразвук уже под водой с помощью лазера. По словам учёных, система позволяет получать изображения высокой точности.
Для этого отражённые волны улавливают преобразователями, а потом восстанавливают «по кусочкам» с помощью специального ПО. В результате программа выдаёт трехмерное изображение подводного объекта. При этом звуковые волны, как и свет, «преломляются», проходя через воду, но исследователи учли это в алгоритмах.
По задумке учёных, в будущем разработку можно будет использовать для высокоточного поиска кораблей во время спасательных операций или для крупных биологических исследований. Они рассчитывают, что PASS удастся закрепить на вертолёты или дроны, а устройство сможет корректно работать с высоты в десятки метров.
Пока PASS протестировали только в стоячей воде, но исследователи уже работают над версией, которая справится с волнами. Кроме того, пока система не может достичь таких же глубин, как и гидролокаторы, но учёные считают, что это выполнимая задача.
