Teake Zuidema
De bodems van de oceanen zijn bezaaid met scheepswrakken, eeuwenoude schatten, vliegtuigen en andere verloren voorwerpen. Sonar – apparatuur die weerkaatste geluidsgolven oppikt – biedt de beste manier om deze objecten op te sporen. Zo zette Fugro in maart 2014 zeer geavanceerde deep-tow sonar in om de Indische Oceaan af te speuren naar de Malaysia Airlines Flight 370. Het mocht niet baten, de overblijfselen van het verdwenen vliegtuig zijn nog steeds niet gevonden.
De schepen die een sonar door het water slepen doen er betrekkelijk lang over om een paar vierkante kilometer zeebodem in kaart te brengen. Het zou allemaal sneller gaan vanuit de lucht, maar omdat de overgang tussen water en lucht ongeveer 99 procent van de energie absorbeert is het onmogelijk om met sonar of lidar vanuit een vliegtuig of drone de zeebodem te onderzoeken. Een nieuwe hybride laser-sonar technologie kan hierin misschien verandering brengen.
Amin Arbabian, hoogleraar electrical engineering aan de Stanford University, legt uit dat zijn systeem vanuit de lucht een laser afvuurt op het wateroppervlak. De waterdruppels die geraakt worden, warmen op en zetten uit waardoor ze ultrasone geluidsgolven veroorzaken die zich door het water voortplanten en weerkaatsten op objecten onder water. Een deel van de gereflecteerde energie gaat door het water weer de lucht in waarbij het signaal enorm verzwakt.
Om het zeer zwakke akoestische signaal op te kunnen vangen in een drone of vliegtuig gebruikt Arbabian een air-coupled capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT sensor). Dat is een zeer technische omschrijving van een super-gevoelige condensator met een dun plaatje dat vibreert zodra het getroffen wordt door een zwak ultrasoon geluidssignaal. Speciale software vertaalt het ultrasone signaal naar hoge resolutie 3D-beelden van een object dat zich onderwater bevindt.
‘De proof-of-concept is dat we erin geslaagd zijn om door de water-lucht interface observaties te doen,’ zegt Arbabian. Zijn team slaagde erin metalen staven in kaart te brengen in een 25 cm diep aquarium waarbij de CMUT 10 cm boven het wateroppervlak hing.
Een animatie die het 3D-beeld van het ondergedompelde object laat zien dat is nagebootst met behulp van gereflecteerde ultrasone golven. Credit: Aidan Fitzpatrick
De volgende stap is het in kaart brengen van de bodem van een zwembad zowel door helder als troebel water. Het zal nog wel een paar jaar duren voordat vliegtuigen en drones vanuit de lucht de oceaanbodem afzoeken. Militairen zullen zeker interesse hebben om vanuit de lucht duikboten te kunnen waarnemen.
