Que pourrions-nous voir dans les océans si nous submergeons une caméra qui peut y rester indéfiniment ? Des ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont développé un système sans batterie qui peut être rechargé à l’aide d’ondes sonores générées dans l’eau.
Outre l’autonomie en termes d’alimentation électrique, la caméra créée et testée par des scientifiques possède une autre particularité : elle est capable de transmettre ses images à distance. Ces deux caractéristiques sont conçues pour lui donner la possibilité de rester sous l’eau pendant de longues périodes. En effet, ayant la capacité de tout gérer à distance, il n’a plus vraiment besoin d’aller à la surface.
« Comme elle n’a pas besoin de source d’alimentation, la caméra peut fonctionner pendant des semaines avant d’être restaurée. Cela permettrait aux scientifiques de rechercher de nouvelles espèces dans des zones reculées de l’océan. Il peut également être utilisé pour capturer la pollution des océans ou surveiller la santé et la croissance des poissons d’élevage », a déclaré le Massachusetts Institute of Technology dans un communiqué. Les réalisations des scientifiques ont été publiées dans la revue Nature Communications.
Aussi paradoxal que cela puisse paraître dans ce grand monde du silence, l’appareil utilise le son pour se recharger sous l’eau. En effet, lorsque des animaux par exemple ou des bateaux émettent un son, celui-ci est transmis dans l’eau sous forme d’ondes sonores. Des capteurs sont installés sur la caméra. Un transducteur est un dispositif qui convertit un signal physique en un autre.
Dans ce cas, les ondes sonores sont converties en énergie électrique. En particulier, la pression des vagues fait vibrer des matériaux spéciaux à l’intérieur du transducteur. Ces matériaux sont dits « piézoélectriques » : ils produisent un courant électrique en réponse à une vibration. L’énergie ainsi obtenue est stockée dans un supercondensateur et utilisée pour la photographie.
Colorez les fonds marins
Afin de consommer le moins d’énergie possible, des capteurs de très faible puissance sont utilisés pour réaliser ces photographies. Cependant, ils ne sont capables que de prendre des images en niveaux de gris. De plus, comme les fonds marins peuvent être très sombres, les ingénieurs avaient également besoin d’un système de flash. Ils ont donc contourné ces deux problèmes avec une seule solution.
« Nous avons essayé de minimiser le matériel autant que possible, ce qui crée de nouvelles restrictions sur la façon de construire un système, d’envoyer des informations et d’effectuer une reconstruction d’image. Il a fallu beaucoup de créativité pour comprendre comment le faire », explique Fadel Adib, l’un des scientifiques du projet. Ils ont donc utilisé des LED bleues, vertes et rouges comme solution.
Lorsque l’appareil photo prend une photo, la LED rouge s’allume en même temps. Le même processus est répété avec les LED vertes et bleues. Ainsi, chaque image se compose en réalité de trois cadres. Bien que chacun de ces plans semble être en noir et blanc, ils montrent comment l’objet photographié réfléchit la lumière à des longueurs d’onde correspondant au rouge, au vert ou au bleu. Lorsque les données sont ensuite combinées en post-traitement, une image couleur peut être reconstruite.
a) Le projecteur acoustique à distance (en haut à droite) transmet l’audio en aval. L’énergie acoustique est collectée par un transducteur piézoélectrique et convertie en énergie électrique qui alimente un capteur de rétrodiffusion sans pile. L’énergie est stockée dans un supercondensateur qui alimente le bloc FPGA, un capteur CMOS monochromatique qui capture l’image et trois LED qui fournissent un éclairage RVB actif. L’image capturée est transmise via une modulation de rétrodiffusion acoustique, et un hydrophone distant mesure le motif de réflexion pour reconstruire l’image transmise.
b) Un capteur sans batterie est montré dans un test expérimental où il est utilisé pour imager un objet sous-marin avec un éclairage actif qui capture des images en couleur.
c) Le graphique montre la tension dans le supercondensateur, qui est restituée par l’énergie acoustique et varie dans le temps en fonction de la consommation électrique aux différentes étapes de traitement.
d) Le spectrogramme montre la réponse en fréquence du signal reçu par l’hydrophone au fil du temps, démontrant sa capacité à capturer les motifs de réflexion dus à la modulation de rétrodiffusion et à les décoder en un code binaire pour reconstruire l’image transmise. © Fadel Adib et al.
Une fois ces fameuses photographies prises, il reste à les envoyer à la surface. Ainsi, l’instantané est converti en « bits » (image numérique). Les bits sont l’unité élémentaire d’information utilisée par les composants informatiques. Concrètement, il s’agit de 0 ou 1. Lorsqu’ils sont correctement positionnés, ils peuvent retranscrire des informations complexes, comme une photographie.
Le professeur Fadel Adeeb (à gauche) du MIT Media Lab et le chercheur Waleed Akbar font la démonstration d’une caméra sous-marine sans batterie développée par leur groupe. © Adam Glanzman
Il ne reste plus qu’à transmettre cette série de 0 et de 1 à la surface. Le processus utilisé par les scientifiques pour faire cela s’appelle la « rétrodiffusion sous-marine ». Un récepteur situé en surface émet des ondes sonores qui se reflètent dans la chambre. Celui-ci réfléchit l’onde sonore vers un hydrophone situé près du récepteur, ce qui signifie « 1 ». Si au contraire la caméra l’absorbe et ne renvoie rien, c’est 0. Ainsi, le code est transmis petit à petit : en le recomposant, l’ordinateur recrée l’image.
Comme le souligne le Massachusetts Institute of Technology, les scientifiques estiment aujourd’hui que 95 % des océans n’ont jamais été observés. Ainsi, ce type d’appareil peut permettre de nombreuses recherches. « L’une des applications les plus intéressantes de cette caméra pour moi personnellement est dans le cadre de la surveillance du climat. Nous construisons des modèles climatiques, mais nous manquons de données pour plus de 95 % de l’océan. Cette technologie peut nous aider à construire des modèles climatiques plus précis et à mieux comprendre l’impact du changement climatique sur le monde sous-marin », s’enthousiasme Fadel Adib.
Vidéo explicative du MIT Media Lab :
Communication Nature.
Grand fan de mangas et d’animes, je n’aime bien écrire qu’à propos de ses sujets, c’est pour ca que j’écris pour 5 minutes d’actus. Au quotidien de décortique, donne mes avis sur les différents épisodes et chapitres des mangas que j’aime lire.
