TWIPS. Nowy sonar inspirowany delfinami

TWIPS. Nowy sonar inspirowany delfinami

Naukowcy z University of Southampton skonstruowali nowy rodzaj podwodnego sonaru, który jest w stanie wykrywać obiekty nawet przez chmury baniek, które skutecznie oślepiają standardowy sonar.

Konwencjonalny sonar ‘widzi’ dzięki falom dźwiękowym. Wykorzystuje on różnicę między emitowanymi impulsami dźwiękowymi a ich odbiciami do wykrywania oraz identyfikowania celów, jak: podwodne konstrukcje, wraki, okręty podwodne czy ławice ryb.

Jednakże, standardowy sonar nie radzi sobie z chmurami baniek powstających na skutek łamania się fal czy po prostu są sztucznie wytwarzane w celu zagłuszenia urządzenia.

„Sonar w czasach Zimnej Wojny powstał głównie z myślą o zastosowaniach głębinowych, gdzie bańki są rzadkością, jednakże dzisiaj wiele jego zastosowań wiąże się z płytkimi wodami.” – stwierdził Timothy Leighton z University of Southampton Institute of Sound and Vibration Research (ISVR). „Lepsza detekcja oraz klasyfikacja celów w wodzie z bańkami jest kluczem do skutecznego działania sonaru w wodach płytkich.” – dodał.

Leighton wraz z kolegami skonstruował nową koncepcję sonaru, czyli pulsacyjnego sonaru z bliźniaczą inwersją (TWIPS). TWIPS określa sposób w jaki bańki pulsują w polach dźwiękowych, co wpływa na charakterystykę echa sonaru.

"Aby złapać zdobycz, niektóre delfiny tworzą sieci baniek, w których najdoskonalszy nawet skonstruowany przez człowieka, sonar nie zadziała.” – stwierdził Leighton. „Przyszło mi do głowy, że albo delfiny oślepiają w ten sposób również siebie, albo mają lepszy sonar. Nie zarejestrowaliśmy nigdy, jakiego typu sonaru używają one w sieciach baniek, więc zamiast tworzyć biosonar naśladujący delfiny, usiadłem i wymyśliłem jakich pulsów używałbym, gdybym był delfinem." – dodał.

Jak sama nazwa wskazuje, TWIPS wykorzystuje pary bliźniaczych sygnałów. Każdy pierwszy puls z pary jest falą dźwiękową posiadającą swoją odwróconą replikę. Pierwszy puls emitowany jest ułamek sekundy wcześniej niż jego odwrócony ‘bliźniak’.

Zespół Leightona pokazał najpierw teoretycznie, że TWIPS zmniejsza zakłócenia pochodzące z baniek. Może zatem służyć wzmocnieniu echa celu względem tła nawet przy obecności baniek powietrza.

W niedawnych testach naukowcy pokazali, że TWIPS jest skuteczniejszy niż tradycyjny sonar. W dużym zbiorniku nasyconym bańkami powietrza znalazł i rozpoznał mały stalowy dysk.

Naukowcy zachęceni tymi wynikami przeprowadzili kolejne próby TWIPS na jednostce do badań przybrzeżnych RV Bill Conway. Porównali zdolność TWIPS i standardowego sonaru do zbadania dna Southampton Water, przez które przepływa 7 procent całego brytyjskiego handlu morskiego. Głębokość w tym miejscu waha się od 10 do 20 metrów.

"TWIPS przewyższył standardowy sonary nawet w wykrywaniu tak dużych wraków, jak promy pasażerskie." – stwierdził Justin Dix ze School of Ocean and Earth Science (SOES) na University of Southampton, współautor badań.

Potencjalne przyszłe zastosowania TWIPS są bardzo szerokie i obejmują ochronę portów, a także wykrywanie baniek w osadach morskich. Technologie bazujące na tych samych zasadach mogłyby również posłużyć w zastosowaniach medycznych. TWIPS połączone z rezonansem magnetycznym (MRI) może posłużyć do wykrywania guzów. Leighton zaproponował również stworzenie TWIPR, czyli radaru z pulsacyjnego z bliźniaczą inwersją, który mógłby posłużyć do wykrywania improwizowanych ładunków wybuchowych.

(lk)