Os engenheiros da Universidade de Stanford desenvolveram um manãtodo aerotransportado para obter imagens de objetos subaqua¡ticos combinando luz e som para romper a barreira aparentemente intranspona­vel na interface do ar e da a¡gua.

Os pesquisadores imaginam que seu sistema a³ptico-acaºstico ha­brido um dia seráusado para conduzir pesquisas marinhas biológicas baseadas em drones, realizar buscas aanãreas em larga escala de navios e aviaµes afundados e mapear as profundezas do oceano com velocidade enívelsemelhantes de detalhes como paisagens da Terra. Seu “Photoacoustic Airborne Sonar System” édetalhado em um estudo recente publicado na revista IEEE Access .

“Radar aerotransportado e espacial e sistemas baseados em laser, ou LIDAR, tem sido capazes de mapear as paisagens da Terra por décadas. Os sinais de radar são atécapazes de penetrar na cobertura de nuvens e cobertura do dossel. No entanto, a águado mar émuito absorvente para a imagem na água”, disse o lider do estudo Amin Arbabian , professor associado de engenharia elanãtrica na Escola de Engenharia de Stanford. “Nosso objetivo édesenvolver um sistema mais robusto que possa fazer imagens mesmo em a¡guas turvas.”

Os oceanos cobrem cerca de 70 por cento dasuperfÍcie da Terra, mas apenas uma pequena fração de suas profundidades foi submetida a mapeamento e imagens de alta resolução.

A principal barreira tem a ver com a física: ondas sonoras, por exemplo, não podem passar do ar para a águaou vice-versa sem perder a maior parte - mais de 99,9 por cento - de sua energia por meio da reflexa£o contra o outro meio. Um sistema que tenta ver debaixo d' águausando ondas sonoras que viajam do ar para a águae de volta ao ar estãosujeito a essa perda de energia duas vezes - resultando em uma redução de energia de 99,9999%.

Da mesma forma, a radiação eletromagnanãtica - um termo genanãrico que inclui luz, microondas e sinais de radar - também perde energia ao passar de um meio fa­sico para outro, embora o mecanismo seja diferente do som. “A luz também perde alguma energia com a reflexa£o, mas a maior parte da perda de energia édevido a  absorção pela a¡gua”, explicou o primeiro autor do estudo, Aidan Fitzpatrick, um estudante de graduação em engenharia elanãtrica de Stanford. Alia¡s, essa absorção também éa razãopela qual a luz do sol não consegue penetrar nas profundezas do oceano e por que seu smartphone - que depende de sinais de celular, uma forma de radiação eletromagnanãtica - não pode receber chamadas debaixo d'a¡gua.

O resultado de tudo isso éque os oceanos não podem ser mapeados do ar e do espaço da mesma forma que a terra pode. Atéo momento, a maior parte do mapeamento subaqua¡tico foi conseguida conectando sistemas de sonar a navios que navegam em uma determinada regia£o de interesse. Mas essa técnica élenta, cara e ineficiente para cobrir grandes áreas.

Entre no Photoacoustic Airborne Sonar System (PASS), que combina luz e som para romper a interface ar-a¡gua. A ideia surgiu de outro projeto que usava microondas para realizar imagens “sem contato” e caracterização de raa­zes de plantas subterra¢neas. Alguns dos instrumentos do PASS foram inicialmente projetados para esse propa³sito em colaboração com o laboratório do professor de engenharia elanãtrica de Stanford Butrus Khuri-Yakub .

Em sua essaªncia, PASS joga com as forças individuais de luz e som. “Se pudermos usar a luz no ar, onde a luz viaja bem, e o som na a¡gua, onde o som viaja bem, podemos obter o melhor dos dois mundos”, disse Fitzpatrick.

Para fazer isso, o sistema primeiro dispara um laser do ar que éabsorvido pelasuperfÍcie da a¡gua. Quando o laser éabsorvido, ele gera ondas de ultrassom que se propagam pela coluna d' águae se refletem em objetos subaqua¡ticos antes de voltarem para asuperfÍcie.

As ondas sonoras que retornam ainda são sugadas de sua energia quando rompem asuperfÍcie da a¡gua, mas ao gerar as ondas sonoras subaqua¡ticas com lasers, os pesquisadores podem evitar que a perda de energia acontea§a duas vezes.

“Na³s desenvolvemos um sistema que ésensa­vel o suficiente para compensar uma perda dessa magnitude e ainda permitir a detecção de sinal e imagem”, disse Arbabian.

As ondas de ultrassom refletidas são registradas por instrumentos chamados transdutores. O software éentão usado para reconstituir os sinais acaºsticos como um quebra-cabea§a invisível e reconstruir uma imagem tridimensional do recurso ou objeto submerso.

“Semelhante a como a luz refrata ou 'dobra' quando passa pela águaou qualquer meio mais denso que o ar, o ultrassom também refrata”, explicou Arbabian. “Nossos algoritmos de reconstrução de imagem corrigem essa dobra que ocorre quando as ondas de ultrassom passam da águapara o ar.”

Os sistemas de sonar convencionais podem penetrar em profundidades de centenas a milhares de metros, e os pesquisadores esperam que seu sistema seja capaz de atingir profundidades semelhantes.

Atéo momento, o PASS são foi testado em laboratório em um recipiente do tamanho de um grande tanque de peixes. “Os experimentos atuais usam águaesta¡tica, mas atualmente estamos trabalhando para lidar com as ondas de a¡gua”, disse Fitzpatrick. “Este éum desafio, mas achamos que éum problema via¡vel.”

O pra³ximo passo, dizem os pesquisadores, seráconduzir testes em um ambiente maior e, eventualmente, em um ambiente de águaaberta.

“Nossa visão para essa tecnologia éa bordo de um helica³ptero ou drone”, disse Fitzpatrick. “Esperamos que o sistema seja capaz de voar a dezenas de metros acima da a¡gua.”