Công nghệ kết hợp âm thanh và ánh sáng để vẽ bản đồ đại dương

Các kỹ sư tại Đại học Stanford đã phát triển phương pháp tạo ảnh các vật thể dưới nước bằng cách kết hợp âm thanh và ánh sáng, cho phép vẽ bản đồ đại dương với độ phân giải cao.

"Hệ thống quang - âm định vị vật thể dưới nước từ trên không" có thể được lắp bên dưới các máy bay không người lái để khảo sát đại dương. Đăng trên tạp chí IEEE Access, phát minh này của nhóm kỹ sư đã phá vỡ rào cản mà những công nghệ trước đây gặp phải.

Các đại dương bao phủ khoảng 70% bề mặt Trái đất, tuy nhiên chỉ có một phần nhỏ độ sâu của chúng được chụp và vẽ bản đồ ở độ phân giải cao.

Ảnh minh họa công nghệ quang - âm khảo sát đại dương - (Ảnh: KINDEA LABS).

Nguyên nhân chủ yếu là bởi sóng âm khi vượt từ không khí sang nước, và ngược lại, sẽ mất đi hơn 99,9% năng lượng do hiện tượng phản xạ. Vì thế, thiết bị quan sát nếu dùng sóng âm sẽ tiêu tốn năng lượng 2 lần khi phát và nhận tín hiệu, đồng nghĩa với 99,9999% năng lượng giảm đi.

Còn đối với các sóng bức xạ điện từ như ánh sáng, vi ba và tín hiệu rađa, nước sẽ hấp thụ chúng. Do đó các thiết bị dùng các sóng này cũng khó truyền từ không khí sang nước. Điều này có thể giải thích lý do vì sao ánh sáng mặt trời không truyền đi xa dưới đại dương được, và các điện thoại thông minh không thể gọi dưới nước bởi sóng điện thoại là một dạng bức xạ điện từ.

Theo SciTechDaily, nhóm nghiên cứu đã loại bỏ các rào cản đó bằng một cải tiến. Ý tưởng xuất phát từ việc hình dung một hệ thống lai giữa ánh sáng và âm thanh có thể giúp từ trên không trung mà khảo sát đại dương, dò tìm tàu chìm và máy bay rơi, vẽ bản đồ độ sâu đại dương với tốc độ và mức độ chính xác tương tự khi thực hiện trên mặt đất.

"Chúng tôi đã phát triển một hệ thống đủ nhạy để bù đắp vào sự mất mát năng lượng mà vẫn cho phép tín hiệu dò tìm và tạo ảnh", Phó giáo sư Amin Arbabian tại Đại học Kỹ thuật Stanford, dẫn đầu nghiên cứu, nhận định.

Các sóng siêu âm phản xạ được ghi lại bởi những bộ chuyển đổi. Phần mềm vi tính sẽ ráp các mẩu tín hiệu âm thanh lại với nhau và tái thiết ảnh 3 chiều về đặc điểm địa hình hay vật thể dưới nước.

"Giống như ánh sáng bị khúc xạ hay "bẻ gãy" khi truyền từ không khí sang nước hay bất kỳ môi trường nào đậm đặc hơn, siêu âm cũng bị khúc xạ. Thuật toán dựng lại hình ảnh của chúng tôi sẽ hiệu chỉnh sự bẻ gãy xảy ra khi sóng siêu âm đi ngược từ nước vào không khí", Arbabian nói.

"Chúng tôi dự kiến công nghệ này sẽ lắp đặt trên trực thăng hay máy bay không người lái, có thể hoạt động ở độ cao hàng chục mét bên trên mặt nước", Aidan Fitzpatrick, tác giả chính của nghiên cứu, kỳ vọng.

Cập nhật: 04/12/2020 Theo Tuổi Trẻ