Los ingenieros de la Universidad de Stanford han desarrollado un método aerotransportado para obtener imágenes de objetos submarinos mediante la combinación de luz y sonido para romper la barrera aparentemente infranqueable en la interfaz del aire y el agua. Los investigadores imaginan que su sistema híbrido óptico-acústico algún día se utilizará para realizar estudios marinos biológicos basados ​​en drones desde el aire, realizar búsquedas aéreas a gran escala de barcos y aviones hundidos y mapear las profundidades del océano con una velocidad y un nivel similares de detalle como los paisajes de la Tierra. Su “Sistema de sonda fotoacústica aerotransportada” se detalla en un estudio reciente publicado en la revista IEEE Access

“Los sistemas de radar y láser aerotransportados y espaciales, o LIDAR, han podido trazar mapas de los paisajes de la Tierra durante décadas. Las señales de radar incluso pueden penetrar la cobertura de nubes y la cobertura del dosel.

Sin embargo, el agua de mar es demasiado absorbente para obtener imágenes en el agua ”, dijo el líder del estudio Amin Arbabian , profesor asociado de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería de Stanford. “Nuestro objetivo es desarrollar un sistema más robusto que pueda obtener imágenes incluso en aguas turbias”. 

Pérdida de energía

Los océanos cubren alrededor del 70 por ciento de la superficie de la Tierra, sin embargo, solo una pequeña fracción de sus profundidades ha sido sometida a imágenes y mapeo de alta resolución.

La principal barrera tiene que ver con la física: las ondas sonoras, por ejemplo, no pueden pasar del aire al agua o viceversa sin perder la mayor parte, más del 99,9 por ciento, de su energía a través de la reflexión contra el otro medio. Un sistema que intenta ver bajo el agua usando ondas sonoras que viajan del aire al agua y de regreso al aire está sujeto a esta pérdida de energía dos veces , lo que resulta en una reducción de energía del 99,9999 por ciento.

De manera similar, la radiación electromagnética, un término general que incluye señales de luz, microondas y radar, también pierde energía cuando pasa de un medio físico a otro, aunque el mecanismo es diferente al del sonido. “La luz también pierde algo de energía por reflexión, pero la mayor parte de la pérdida de energía se debe a la absorción del agua”, explicó el primer autor del estudio, Aidan Fitzpatrick, un estudiante graduado de ingeniería eléctrica en Stanford. Por cierto, esta absorción también es la razón por la que la luz solar no puede penetrar en la profundidad del océano y por qué su teléfono inteligente, que se basa en señales celulares, una forma de radiación electromagnética, no puede recibir llamadas bajo el agua.

El resultado de todo esto es que los océanos no se pueden mapear desde el aire y desde el espacio de la misma manera que la tierra. Hasta la fecha, la mayor parte de la cartografía submarina se ha logrado mediante la instalación de sistemas de sonar en los barcos que pescan una determinada región de interés. Pero esta técnica es lenta y costosa e ineficaz para cubrir grandes áreas.

Un rompecabezas invisible

Ingrese al sistema de sonda fotoacústica aerotransportada (PASS), que combina luz y sonido para atravesar la interfaz aire-agua. La idea surgió de otro proyecto que utilizó microondas para realizar imágenes y caracterización “sin contacto” de raíces de plantas subterráneas. Algunos de los instrumentos de PASS fueron diseñados inicialmente para ese propósito en colaboración con el laboratorio del profesor de ingeniería eléctrica de Stanford, Butrus Khuri-Yakub .

En esencia, PASS juega con las fortalezas individuales de la luz y el sonido.