MIT 엔지니어들이 배터리를 만든다

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과학자들은 지구 해양의 95% 이상이 관찰된 적이 없다고 추정합니다. 이는 우리가 본 지구의 바다가 달의 뒷면이나 화성 표면보다 적다는 것을 의미합니다.

수중 카메라를 연구 선박에 연결하거나 배터리를 재충전하기 위해 선박을 보내는 등 오랫동안 수중 카메라에 전원을 공급하는 데 드는 높은 비용은 광범위한 해저 탐사를 방해하는 엄청난 과제입니다.

MIT 연구원들은 다른 수중 카메라보다 에너지 효율이 약 100,000배 더 효율적인 배터리가 필요 없는 무선 수중 카메라를 개발함으로써 이 문제를 극복하기 위한 중요한 조치를 취했습니다. 어두운 수중 환경에서도 컬러 사진을 찍고, 물 속에서 무선으로 영상 데이터를 전송한다.

자율 카메라는 소리로 구동됩니다. 물을 통해 이동하는 음파의 기계적 에너지를 이미징 및 통신 장비에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환합니다. 이미지 데이터를 캡처하고 인코딩한 후 카메라는 음파를 사용하여 이미지를 재구성하는 수신기로 데이터를 전송합니다.

전원이 필요하지 않기 때문에 카메라는 회수되기까지 몇 주 동안 계속 작동할 수 있어 과학자들은 바다의 먼 곳에서 새로운 종을 찾을 수 있습니다. 또한 해양 오염 이미지를 캡처하거나 양식장에서 자란 물고기의 건강과 성장을 모니터링하는 데에도 사용할 수 있습니다.

“개인적으로 이 카메라의 가장 흥미로운 용도 중 하나는 기후 모니터링이라는 맥락입니다. 우리는 기후 모델을 구축하고 있지만 바다의 95% 이상에 대한 데이터가 누락되어 있습니다. 이 기술은 우리가 보다 정확한 기후 모델을 구축하고 기후 변화가 수중 세계에 어떻게 영향을 미치는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 MIT 미디어 랩의 신호 역학 그룹 이사이자 전기 공학 및 컴퓨터 과학과 부교수인 Fadel Adib는 말합니다. 시스템에 관한 새로운 논문의 수석 저자입니다.

이 논문에는 공동 저자이자 Signal Kinetics 그룹 연구 보조원인 Sayed Saad Afzal, Waleed Akbar, Osvy Rodriguez, 연구 과학자 Unsoo Ha, 전 그룹 연구원 Mario Doumet 및 Reza Ghaffarivardavagh가 Adib에 합류했습니다. 이 논문은 오늘 Nature Communications에 게재되었습니다.

배터리 프리로 전환

장기간 자율적으로 작동할 수 있는 카메라를 만들기 위해 연구원들은 매우 적은 전력을 소비하면서 수중에서 스스로 에너지를 수확할 수 있는 장치가 필요했습니다.

카메라는 외부에 배치된 압전 재료로 만든 변환기를 사용하여 에너지를 획득합니다. 압전 재료는 기계적 힘이 가해지면 전기 신호를 생성합니다. 물을 통해 이동하는 음파가 변환기에 부딪히면 변환기가 진동하여 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.

이러한 음파는 지나가는 배나 해양 생물과 같은 모든 소스에서 나올 수 있습니다. 카메라는 사진을 찍고 데이터를 전달하는 전자 장치에 전력을 공급할 만큼 충분히 축적될 때까지 수확된 에너지를 저장합니다.

전력 소비를 가능한 한 낮게 유지하기 위해 연구원들은 상용 초저전력 이미징 센서를 사용했습니다. 그러나 이러한 센서는 회색조 이미지만 캡처합니다. 그리고 대부분의 수중 환경에는 광원이 부족하기 때문에 저전력 플래시도 개발해야 했습니다.

“우리는 가능한 한 하드웨어를 최소화하려고 노력했으며 이로 인해 시스템 구축, 정보 전송 및 이미지 재구성 수행 방법에 새로운 제약이 생겼습니다. 이를 수행하는 방법을 알아내려면 상당한 창의성이 필요했습니다.”라고 Adib은 말합니다.