장기간 해양 데이터 수집을 위한 혁신적인 배터리 프리 수중 센서 하네스 사운드

매사추세츠 공과대학, 케임브리지

해양을 조사하기 위해 연구자들은 데이터를 표면으로 보내는 상호 연결된 센서의 수중 네트워크를 구축하는 것을 목표로 합니다. 수중에서 오랜 시간 동안 유지되도록 설계된 수십 개의 센서에 일정한 전력을 공급하는 것이 큰 문제였습니다.

배터리가 필요 없는 수중 압전 센서는 음파를 흡수하거나 반사하여 수신기로 데이터를 전송합니다. 여기서 반사파는 1비트를 디코딩하고 흡수파는 0비트를 디코딩하는 동시에 에너지를 저장합니다. (사진제공=연구원)

거의 0에 가까운 전력을 사용하여 센서 데이터를 전송하는 배터리가 필요 없는 수중 통신 시스템이 개발되었습니다. 이 시스템은 해수 온도를 모니터링하여 기후 변화를 연구하고 장기간에 걸쳐 해양 생물을 추적하는 데 사용될 수 있으며 심지어 먼 행성의 물 샘플도 채취할 수 있습니다.

이 시스템은 두 가지 주요 현상을 활용합니다. 특정 재료의 진동이 전하를 생성할 때 발생하는 압전 효과; 변조된 무선 신호를 태그에서 반사하여 리더로 다시 반사하여 데이터를 전송하는 RFID 태그에 일반적으로 사용되는 통신 기술인 후방 산란.

송신기는 데이터가 저장된 압전 센서를 향해 물을 통해 음파를 보냅니다. 파동이 센서에 닿으면 물질이 진동하고 결과적인 전하를 저장합니다. 그런 다음 센서는 저장된 에너지를 사용하여 파동을 수신기로 다시 반사하거나 전혀 반사하지 않습니다. 이러한 방식으로 반사를 번갈아 수행하는 것은 전송된 데이터의 비트에 해당합니다. 반사파의 경우 수신기는 1을 디코딩합니다. 반사파가 없으면 수신기는 0을 디코딩합니다. 1과 0을 전송하는 방법을 설정하면 모든 정보를 보낼 수 있습니다.

시스템의 중심에는 압전 공진기, 에너지 수확 장치 및 마이크로 컨트롤러가 포함된 회로 기판인 수중 노드가 있습니다. 마이크로컨트롤러를 프로그래밍하면 모든 유형의 센서를 노드에 통합할 수 있습니다. 음향 프로젝터(송신기)와 수중 청음기(수신기)라고 불리는 수중 청취 장치가 약간 떨어진 곳에 배치되어 있습니다.

송신기와 수신기에는 전원이 있어야 하지만 배터리 교체가 더 쉬운 선박이나 부표에 설치하거나 육상 콘센트에 연결할 수 있습니다. 하나의 송신기와 하나의 수신기는 한 영역 또는 여러 영역을 포괄하는 여러 센서로부터 정보를 수집할 수 있습니다.

응용 분야에는 해양 생물학, 해양학, 기상학 또는 장기적으로 사람의 노력이 적게 필요한 수중 감지가 필요한 기타 분야가 포함됩니다. 이 시스템은 또한 최근 발견된 토성의 가장 큰 달인 타이탄의 지하 바다에서 데이터를 수집하는 데 사용될 수도 있습니다. 지난 6월 NASA는 2026년에 달 탐사, 저수지 및 기타 장소 샘플링을 위해 탐사선을 보내는 드래곤플라이 임무를 발표했습니다.

자세한 내용은 Abby Abazorius에게 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.; 617-253-2709.