Une caméra sans fil pour explorer le fond des océans

L’exploration sous-marine à grande échelle est une mission complexe. Mais une contrainte importante vient d’être surmontée par des chercheurs du MIT. Actuellement, les caméras sous-marines sont alimentées via un câble sur un bateau. Une équipe du département d’ingénierie électrique et d’informatique du MIT Media Lab annonce avoir développé une caméra alimentée par le son.

Elle convertit l’énergie mécanique des ondes sonores se déplaçant dans l’eau en énergie électrique. Après avoir capturé et encodé les données d’image, la caméra utilise également les ondes sonores pour transmettre les données à un récepteur qui peut reconstruire l’image.

Comme elle n’a pas besoin de source d’énergie, cette caméra peut fonctionner pendant des semaines avant d’être récupérée. Cela permettrait aux scientifiques de rechercher de nouvelles espèces dans des régions reculées de l’océan.

Matériaux piézoélectriques

Elle pourrait également être utilisée pour capturer des images de la pollution des océans (l’équipe a fait des tests dans un étang du New Hampshire et a repéré des bouteilles en plastique) ou pour surveiller la santé et la croissance des poissons élevés dans des fermes aquacoles.

L’élément clé de cette caméra est un dispositif capable de récolter l’énergie sous l’eau de manière autonome tout en consommant très peu d’énergie. Des transducteurs fabriqués à partir de matériaux piézoélectriques sont placés sur la partie externe de la caméra et sont utilisés pour acquérir de l’énergie.

Ces matériaux produisent un signal électrique lorsqu’une force mécanique leur est appliquée. Lorsqu’une onde sonore se déplaçant dans l’eau (passage d’un navire ou d’un poisson) frappe les transducteurs, ceux-ci vibrent et cette énergie mécanique est convertie en énergie électrique.

La caméra stocke l’énergie récoltée jusqu’à ce qu’elle soit suffisante pour alimenter l’électronique qui prend les photos et communique les données. Pour réduire au maximum la consommation d’énergie, les ingénieurs ont utilisé des capteurs d’imagerie à très faible puissance. Mais comme les captures d’images ne sont qu’en niveaux de gris, ils ont également développé un flash à faible consommation.

Lorsque l’appareil photo capture une image, il fait briller une LED rouge, puis utilise des capteurs d’image pour prendre la photo. Il répète le même processus avec des LED vertes et bleues.

Une largeur de bande limitée

Même si l’image semble en noir et blanc, la lumière rouge, verte et bleue des LED utilisées se reflète dans la partie blanche de chaque photo. Lorsque les données des images sont combinées en post-traitement, l’image en couleur peut être reconstruite à partir des trois images sources.

Après avoir relevé le défi d’un prototype fonctionnel, les ingénieurs prévoient d’améliorer le dispositif afin qu’il puisse être déployé dans des environnements réels. Car l’un des principaux défis est la largeur de bande limitée des communications acoustiques sous-marines, qui est généralement de l’ordre de quelques kilobits/s. Résultat, le temps de transfert des images sous-marines est généralement de plusieurs dizaines de minutes, voire d’heures.

« Pour permettre un fonctionnement à faible puissance tout en tenant compte des contraintes de bande passante des canaux acoustiques sous-marins, notre méthode utilise un FPGA (Field-programmable gate array) qui fonctionne en deux phases : la phase de capture d’image (qui est limitée en puissance) et la phase de communication par rétrodiffusion (qui est limitée en bande passante). Le fonctionnement de chacune de ces phases est optimisé pour minimiser la consommation d’énergie globale », explique l’équipe dans un article paru dans Nature.

Ils souhaitent également augmenter la mémoire de la caméra afin qu’il puisse prendre des photos en temps réel, diffuser des images en continu ou même réaliser des vidéos sous-marines. Autre objectif : étendre la portée de la caméra qui est pour l’instant de 40 mètres.