Sensor sem baterias para monitorar oceanos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/09/2019

O cilindro é o equipamento central, que coleta os dados e os transmite sem precisar de baterias.
[Imagem: Junsu Jang/Fadel Adib]

Sensores para os oceanos

Os robôs submarinos têm-se mostrado valiosos para investigar os oceanos vastamente inexplorados que cobrem a maior parte do nosso planeta, mas alguns pesquisadores já falam em construir uma rede submersa de sensores interconectados que enviem dados continuamente - uma internet das coisas subaquática.

Mas como fornecer energia constante a vários sensores projetados para permanecer por longos períodos nas profundezas do oceano? Trocar baterias não é uma opção.

Junsu Jang e Fadel Adib, do MIT, acreditam ter a solução: um sistema de comunicação subaquática sem baterias, que usa energia quase zero para transmitir os dados coletados pelos seus sensores.

Sensor sem baterias

O sistema utiliza dois fenômenos-chave. Um, o bem conhecido efeito piezoelétrico, ocorre quando vibrações em certos materiais geram uma carga elétrica. O outro é o retroespalhamento, uma técnica de comunicação comumente usada pelas etiquetas RFID - aquelas que disparam os alarmes na saída das lojas quando o caixa se esquece de desativá-las -, que transmitem dados refletindo os sinais emitidos pelo próprio aparelho feito para ler suas informações.

Um transmissor envia ondas acústicas através da água em direção ao sensor piezoelétrico que armazena os dados. Quando a onda atinge o sensor, o material vibra e armazena a carga elétrica resultante. Em seguida, o sensor absorve a onda ou usa a energia armazenada para refletir uma onda de volta para um receptor. Alternar entre reflexão e não reflexão dessa maneira equivale aos bits: para uma onda refletida, o receptor decodifica um 1; para uma onda absorvida, o receptor decodifica um 0.

Esquema do sensor subaquático sem baterias.
[Imagem: Junsu Jang/Fadel Adib]

"Uma vez que você tenha um modo de transmitir 1s e 0s, você pode enviar qualquer informação," disse Adib. "Basicamente, nós podemos nos comunicar com sensores subaquáticos com base apenas nos sinais sonoros cuja energia estamos coletando".

Em testes em uma piscina, o equipamento coletou medições de temperatura e pressão da água, transmitindo os dados a 3 kilobytes por segundo para uma distância de 10 metros entre o sensor e o receptor. Para operações em campo, o sistema ainda precisará ganhar uma forma de autoindução, em que um elemento da rede alimente o outro, até que a informação chegue ao laboratório em terra.

Uso extraterrestre

Apesar de ser apenas uma prova de conceito, a dupla acredita que seu sistema de sensoriamento sem baterias tem potencial para uso além do nosso planeta. Ele poderia ser usado, por exemplo, para coletar dados no oceano de subsuperfície da maior lua de Saturno, Titã. Em junho, a NASA anunciou a missão Dragonfly para enviar um drone em 2026 para explorar Titã, pegando amostras de reservatórios de água e outros locais.

"Como você pode colocar um sensor embaixo d'água em Titã que dure por longos períodos de tempo em um local difícil de obter energia?," comentou Adib. "Sensores que se comunicam sem precisar de uma bateria abrem possibilidades para sensoriamento em ambientes extremos."

Bibliografia:

Artigo: Underwater Backscatter Networking
Autores: Junsu Jang, Fadel Adib
Revista: SIGCOMM 2019 Proceedings
Link: http://www.mit.edu/~fadel/papers/PAB-paper.pdf

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