Инженеры из Наньянского технологического университета под руководством профессора Мяо Цзянь Миня создали устройство, использующее для ориентации под водой градиент водяного давления. На основании изменений давления воды новый сенсор может создавать трёхмерную картину своего окружения. Причём эта способность не зависит от температуры различных водных слоёв, как при гидролокации, или от прозрачности, как при ориентации с помощью оптических сенсоров.

Автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) полагаются сегодня на дорогостоящие и не всегда надёжные датчики. Ещё со времён Первой мировой, несмотря на прогресс активной и пассивной гидролокации, стопроцентное обнаружение тех же подводных лодок представляет значительную проблему: не только температура, но и солёность различных слоёв воды часто могут быть препятствием для активного гидролокатора. Пассивный же практически непригоден для изучения рельефа морского дна и своевременного огибания препятствий.

Прибор, несомненно, найдёт широкое применение, причём как гражданское, так и военное. (Фото NTU.)

Новое устройство революционно не только этим: оно ещё и радикально дешевле и энергоэффективнее камер или сонаров. Уже сейчас эта малютка (1,8×1,8 мм) в опытном порядке используется в экспериментальных АНПА совместной разработки сингапурцев и Массачусетского технологического института (США).

Сенсор применяет технологию микроэлектромеханических устройств, однако его прототипом послужил вполне биологический агрегат: такой же принцип для ориентации в воде используют пещерные слепоглазки — рыбы, обитающие в водах подземных карстовых пещер области известняков средней части Северной Америки (практически это пещеры бассейна Миссисипи между 39 и 32˚ с. ш.). Глаза у слепоглазок редуцированы или отсутствуют, обычно сильно развиты органы боковой линии на голове, теле и хвосте, а также органы осязания. Есть и дополнительные органы осязания под эпидермисом. Всё это компенсирует существам отсутствие зрения. В отличие от обычных органов боковой линии рыб, у слепоглазок они могут продолжаться вплоть до головы, достигая места, где у нормальных рыб находятся глаза.

Чтобы воспроизвести такие боковые полосы слепоглазок, инженеры использовали вытянутые пьезоэлектрические сенсорные устройства (практически не потребляющие электричество для работы), обернув их в гидрогель. По параметрам распространения давления они сходны с природными рецепторами органов боковой линии рыб. В искусственном варианте рецепторы выстроены по пять с каждой стороны АНПА. Стоимость любого набора даже в условиях опытного производства не превысила $100.

При цене, которая в десятки раз меньше того, что просят за сонары, новый прибор позволяет чётко видеть препятствия даже в нескольких сантиметрах от рецептора (для сонаров это очень трудно). Преимуществом является и пассивность: нет опасности напугать эхолокатором дельфинов или выдать своё присутствие сторонним пассивным гидролокаторам.

Сейчас АНПА, оснащённые такими сенсорами, применяются для биологического и химического мониторинга морской воды, окружающей островное государство. Подчёркивается, что другим перспективным направлением таких подводных роботов, способных ориентироваться даже в мутной воде, может стать оборонная отрасль, весьма развитая в Сингапуре. Пока основной проблемой сенсора является то, что принцип ориентации, позаимствованный у слепоглазок, целиком «заточен» под текущую воду, в которой обитают такие рыбы. Когда же в воде нет абсолютно никаких течений и существенных колебаний (довольно редкая, но всё же встречающаяся в открытом море ситуация), эффективность сенсоров, «живущих» от смены давления, радикально падает.

В настоящий момент разработчики думают над другими видами сенсоров — таких, которые позволяют получать чёткое представление о предметах и объектах, окружающих подводный аппарат в спокойной воде, когда нет ни малейшего движения, помогающего ориентироваться при помощи пьезоэлектрических детекторов. 

Подготовлено по материалам Phys.Org.

Источник: http://science.compulenta.ru/727671/