Les ingénieurs du MIT construisent une batterie

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Les scientifiques estiment que plus de 95 % des océans de la Terre n’ont jamais été observés, ce qui signifie que nous avons moins vu l’océan de notre planète que la face cachée de la Lune ou la surface de Mars.

Le coût élevé de l’alimentation d’une caméra sous-marine pendant une longue période, en l’attachant à un navire de recherche ou en envoyant un navire recharger ses batteries, constitue un défi de taille qui empêche une exploration sous-marine à grande échelle.

Les chercheurs du MIT ont franchi une étape majeure pour surmonter ce problème en développant une caméra sous-marine sans fil, sans batterie, environ 100 000 fois plus économe en énergie que les autres caméras sous-marines. L'appareil prend des photos couleur, même dans des environnements sous-marins sombres, et transmet les données d'image sans fil dans l'eau.

La caméra autonome est alimentée par le son. Il convertit l'énergie mécanique des ondes sonores voyageant dans l'eau en énergie électrique qui alimente ses équipements d'imagerie et de communication. Après avoir capturé et codé les données d’image, la caméra utilise également des ondes sonores pour transmettre les données à un récepteur qui reconstruit l’image.

Parce qu'elle n'a pas besoin de source d'alimentation, la caméra pourrait fonctionner pendant des semaines avant d'être récupérée, permettant ainsi aux scientifiques de rechercher de nouvelles espèces dans des zones reculées de l'océan. Il pourrait également être utilisé pour capturer des images de la pollution des océans ou surveiller la santé et la croissance des poissons élevés dans les fermes aquacoles.

« Pour moi personnellement, l’une des applications les plus intéressantes de cette caméra se situe dans le contexte de la surveillance du climat. Nous construisons des modèles climatiques, mais il nous manque des données sur plus de 95 % des océans. Cette technologie pourrait nous aider à construire des modèles climatiques plus précis et à mieux comprendre l'impact du changement climatique sur le monde sous-marin », déclare Fadel Adib, professeur agrégé au Département de génie électrique et d'informatique et directeur du groupe Signal Kinetics au MIT Media Lab, et auteur principal d'un nouvel article sur le système.

Les co-auteurs principaux et assistants de recherche du groupe Signal Kinetics, Sayed Saad Afzal, Waleed Akbar et Osvy Rodriguez, ainsi que le chercheur Unsoo Ha et les anciens chercheurs du groupe Mario Doumet et Reza Ghaffarivardavagh se joignent à Adib pour l'article. L'article est publié aujourd'hui dans Nature Communications.

Passer sans batterie

Pour construire une caméra capable de fonctionner de manière autonome pendant de longues périodes, les chercheurs avaient besoin d’un dispositif capable de récupérer de l’énergie sous l’eau tout en consommant très peu d’énergie.

La caméra acquiert de l'énergie à l'aide de transducteurs fabriqués à partir de matériaux piézoélectriques placés autour de son extérieur. Les matériaux piézoélectriques produisent un signal électrique lorsqu'une force mécanique leur est appliquée. Lorsqu’une onde sonore traversant l’eau frappe les transducteurs, ceux-ci vibrent et convertissent cette énergie mécanique en énergie électrique.

Ces ondes sonores peuvent provenir de n’importe quelle source, comme un navire qui passe ou la vie marine. L'appareil photo stocke l'énergie récupérée jusqu'à ce qu'elle soit suffisamment accumulée pour alimenter les composants électroniques qui prennent des photos et communiquent des données.

Pour maintenir la consommation d’énergie aussi faible que possible, les chercheurs ont utilisé des capteurs d’imagerie à très faible consommation disponibles dans le commerce. Mais ces capteurs ne capturent que des images en niveaux de gris. Et comme la plupart des environnements sous-marins ne disposent pas de source de lumière, ils ont également dû développer un flash de faible puissance.

« Nous essayions de minimiser le matériel autant que possible, ce qui crée de nouvelles contraintes sur la manière de construire le système, d'envoyer des informations et d'effectuer la reconstruction d'images. Il a fallu beaucoup de créativité pour comprendre comment y parvenir », explique Adib.