Vzory polarizácie slnečného svetla ako podvodná náhrada za GPS
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 12. 7. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Zatiaľ čo GPS možno použiť na určenie geografických súradníc na súši, pod vodou to tak ľahké nie je. Vedci však vyvinuli možnú alternatívu vo forme systému, ktorý analyzuje spôsob, akým je slnečné svetlo polarizované vodou.
GPS funguje tak, že vypočítava polohu používateľa vzhľadom na štyri alebo viac satelitov, z ktorých všetky obiehajú okolo Zeme na známych miestach. Systém však funguje iba vtedy, ak dokáže prijímať rádiové signály z týchto satelitov, no tieto signály neprechádzajú dobre vodou. Výsledkom je, že túto technológiu nemôžu pod vodou používať potápači, ponorky, podvodné drony ani nič iné.
Slnečné svetlo prechádza vodou oveľa lepšie ako rádiové vlny, hoci kvapalina svetlo polarizuje. To znamená, že namiesto toho, aby sa svetelné vlny pohybovali viacerými smermi, ako by to bolo vo vzduchu, všetky sa pohybujú jedným smerom, pozdĺž jednej roviny. Tento smer je určený hlavne uhlom, pod ktorým slnečné svetlo dopadá na hladinu vody, ktorý sa mení podľa dátumu, dennej doby (nadmorskej výšky slnka) a geografickej polohy.
S ohľadom na túto skutočnosť začal tím z Illinoiskej univerzity v Urbana-Champaign, pod vedením profesorov Viktora Grueva a Davida Forsytha, nasnímaním približne 10 miliónov fotografií pomocou podvodnej kamery, ktorá bola vybavená špeciálnym objektívom. Táto šošovka odhalila podvodné polarizačné vzory na štyroch miestach, a to v sladkovodnom jazere v Illinois, pobrežných vodách na Floride Keys, zálive v meste Tampa na Floride a v jazere v Macedónsku.
Fotografie boli nasnímané vo vodných podmienkach od čistej po mútnu, v rôznych hĺbkach, v rôznych dátumoch a v rôznych časoch. Každá fotografia bola označená týmito údajmi. Vedci vytvorili databázu, ktorá sa použila na trénovanie neurónovej siete, ktorá sa naučila, ako sa polarizačné vzorce menia predvídateľným spôsobom podľa vyššie uvedených faktorov.
Táto sieť bola následne schopná určiť geografickú polohu, v ktorej fotoaparát nasnímal podvodnú fotografiu, na základe dátumu, času a polarizačného vzoru. Systém je v súčasnosti presný v rozsahu 40 až 50 kilometrov, hoci tento údaj by sa mal s ďalším vývojom technológie výrazne zlepšiť. Je obmedzený na použitie v maximálnej hĺbke asi 300 metrov, pretože slnečné svetlo nepreniká oveľa ďalej.
„Prvýkrát ukazujeme, že môžete geolokalizovať seba alebo kameru v mnohých rôznych podmienkach, či už v otvorených vodách oceánu, čistých vodách alebo vodách s nízkou viditeľnosťou, vo dne, v noci alebo v hĺbke,“ povedal. Gruev. „Ako náhle budete mať pocit, kde ste, môžete začať skúmať a použiť tieto informácie na lepšie pochopenie podmorského sveta alebo dokonca toho, ako sa zvieratá pohybujú“.
Článok o výskume bol nedávno publikovaný v magazíne eLight.