Un capteur acoustique alimenté par le son et scellé dans du plastique
Les scientifiques du MIT ont développé un système acoustique qui agit comme un GPS sous-marin, mais qui n’a pas besoin de piles pour fonctionner. Le système UBL (Underwater Backscatter Localization) est alimenté par la réflexion de signaux audio modulés pour générer des impulsions binaires.
La navigation par GPS a connu un tel succès que non seulement de nombreuses personnes la considèrent comme allant de soi, mais qu’elles ne pourraient pas non plus s’en passer. Outre le fait qu’elle aide les automobilistes à se rendre d’un point A à un point B, cette technologie a trouvé une variété déconcertante d’applications, du champ de bataille à l’entrepôt.
Il est donc surprenant que les trois quarts de la surface de la Terre soient inaccessibles au GPS par simple immersion sous l’eau. En effet, l’eau entrave et disperse les ondes radio dont dépend le GPS, le rendant ainsi inutile. C’est aussi la raison pour laquelle les sous-marins utilisent un sonar plutôt qu’un radar pour sonder leur environnement. Là où un faisceau radar serait englouti en quelques mètres, les signaux acoustiques peuvent parcourir des milliers de kilomètres dans de bonnes conditions.
Selon les scientifiques du MIT, le problème de l’utilisation de l’acoustique pour créer un équivalent sous-marin du GPS est que les générateurs de signaux acoustiques sont très gourmands en énergie. Cela n’a peut-être pas d’importance pour un sous-marin nucléaire, mais pour les petits appareils qui dépendent de batteries pour des missions comme le pistage d’animaux, cela peut être un réel problème.
Pour aider à surmonter ce problème, les chercheurs du MIT, avec le soutien de l’Office of Naval Research, se sont tournés vers des matériaux piézoélectriques qui génèrent une charge électrique sous l’effet de contraintes mécaniques, notamment en étant soumis à des ondes sonores. Pour le système UBL, l’équipe a utilisé des capteurs piézoélectriques pour réfléchir sélectivement les ondes sonores émises par l’environnement comme rétrodiffusion tout en utilisant les ondes sonores elles-mêmes comme source d’énergie. Ces ondes sonores ont ensuite été captées par un récepteur sous forme de modèle binaire, 1 étant les ondes sonores réfléchies et 0 les ondes sonores non réfléchies.
Ce signal binaire permet au système UBL de transporter des informations qui pourraient être utilisées pour fixer un emplacement en chronométrant le temps nécessaire à une onde sonore pour être réfléchie par le capteur et revenir ensuite à l’unité d’observation. Cependant, l’équipe souligne que l’environnement sous-marin est extrêmement complexe, les ondes sonores rebondissant à la surface et au fond de la mer. Cela est particulièrement difficile dans les eaux peu profondes où les signaux de rebondissement sont plus forts.
Pour résoudre ce problème, l’équipe a utilisé le saut de fréquence, où les signaux sont envoyés à travers une gamme de fréquences selon un schéma, de sorte qu’ils reviennent à des phases différentes. La combinaison des données de synchronisation et des données de phase permet d’obtenir un résultat plus précis. En eau peu profonde, le débit binaire des signaux a été ralenti pour laisser le temps aux échos de s’atténuer et ne pas interférer avec les signaux.
Jusqu’à présent, le système UBL a passé un test de validation de concept en eaux peu profondes, où il a permis d’estimer des distances allant jusqu’à près de 50 cm. La prochaine étape consistera à augmenter la portée avant de commencer les essais sur le terrain en collaboration avec l’institut océanographique de Wood Hole. L’objectif final est une technologie de navigation qui permettra aux véhicules autonomes de dresser des cartes détaillées des fonds marins.
« Pourquoi ne pouvons-nous pas envoyer des véhicules sous-marins sans équipage en mission pour explorer l’océan ? La réponse est la suivante : Nous allons les perdre », déclare le chef d’équipe Reza Ghaffarivardavagh.
