该设备可以帮助科学家探索海洋的未知区域，追踪污染，或监测气候变化的影响。

美国麻省理工学院（MIT）开发的一种无电池的无线水下相机可以有很多用途，包括气候建模。该产品的其中之一的开发者、学院的Fadel Adib副教授说："我们缺少超过95%的海洋的数据。这项技术可以帮助我们建立更准确的气候模型，更好地了解气候变化如何影响水下世界。"

科学家估计，地球上超过 95% 的海洋从未被观测到，这意味着我们看到的地球海洋比我们看到的月球背面或火星表面还少。长时间为水下相机供电（将其拴在研究船或派船为其电池充电）的高成本是阻碍广泛海底探索的一项艰巨挑战。

MIT的研究人员通过开发一种无电池、无线水下相机，其能源效率比其他海底相机高约 100,000 倍，为克服这个问题迈出了重要一步。该设备即使在黑暗的水下环境中也能拍摄彩色照片，并通过水中无线传输图像数据。

自主摄像头由声音驱动。它将声波在水中传播的机械能转化为电能，为其成像和通信设备提供动力。在捕获和编码图像数据后，相机还使用声波将数据传输到重建图像的接收器。

因为它不需要电源，相机可以在检索前连续运行数周，使科学家能够在海洋的偏远地区搜索新物种。它还可用于捕捉海洋污染的图像或监测水产养殖场养殖的鱼类的健康和生长情况。

MIT媒体实验室电气工程和计算机科学系副教授兼信号动力学组主任 Fadel Adib 说：“对我个人而言，这款相机最令人兴奋的应用之一是在气候监测方面。我们正在建立气候模型，但我们缺少来自 95% 以上海洋的数据。这项技术可以帮助我们建立更准确的气候模型，并更好地了解气候变化如何影响海底世界。”

与Adib一起撰写这篇论文的还有共同第一作者和信号动力学组的研究助理Signal Kinetics 、 Sayed Saad Afzal、Waleed Akbar 和 Osvy Rodriguez，以及研究科学家 Unsoo Ha，以及前小组研究人员 Mario Doumet 和 Reza Ghaffarivardavagh。该论文今天发表在Nature Communications上。

无需电池

为了建立一个能够长期自主运行的相机，研究人员需要一个能够在水下自行收集能量的装置，同时消耗很少的电力。

该相机使用由压电材料制成的传感器获取能量，这些传感器放置在相机外部。压电材料在受到机械力的作用时产生电信号。当穿过水的声波碰到传感器时，它们会振动并将机械能转换成电能。

这些声波可能来自任何来源，如过往船只或海洋生物。照相机储存收获的能量，直到它积累到足以为拍摄照片和通信数据的电子装置供电。

为了保持尽可能低的功耗，研究人员使用了现成的超低功率成像传感器。但是这些传感器只能捕获灰度图像。而且，由于大多数水下环境缺乏光源，他们也需要开发一个低功率的闪光灯。

"我们试图尽可能地减少硬件，这对如何建立系统、发送信息和进行图像重建产生了新的限制。“Adib说："我们花了相当大的创造力才想出这个办法。“

他们使用红色、绿色和蓝色LED同时解决了这两个问题。当相机捕捉到一个图像时，它照亮一个红色LED，然后使用图像传感器来拍摄照片。它用绿色和蓝色LED重复同样的过程。

Akbar解释说，尽管图像看起来是黑白的，但红、绿、蓝三色的光在每张照片的白色部分都有反射。当图像数据在后期处理中被结合起来时，就可以重建彩色图像了。

"当我们还是孩子的时候，在美术课上，我们被教导可以用三种基本颜色来制作所有的颜色。对于我们在电脑上看到的彩色图像，也遵循同样的规则。我们只需要红色、绿色和蓝色--这三个通道--来构建彩色图像。"

MIT媒体实验室电气工程与计算机科学系副教授兼信号动力学组主任 Fadel Adib（左）和研究助理 Waleed Akbar 展示了他们小组开发的无电池无线水下相机。

用声音发送数据

一旦捕捉到图像数据，它们就被编码为比特（1和0），并通过一个称为水下反向散射的过程，一次一个比特地发送到接收器。接收器将声波通过水传送到照相机，照相机就像一面镜子，反射这些波。相机要么将波反射回接收器，要么将其镜子改为吸收器，这样就不会反射回来。

发射器旁边的一个水听器感知是否有信号从摄像机反射回来。如果它收到一个信号，那就是位1，如果没有信号，那就是位0。该系统使用这种二进制信息来重建和后处理图像。

Afzal说："这整个过程，因为它只需要一个开关将设备从非反射状态转换为反射状态，所以比典型的水下通信系统消耗的功率要少五个数量级。”

研究人员在几个水下环境中测试了该相机。在一个环境中，他们拍摄了漂浮在新罕布什尔州池塘中的塑料瓶的彩色图像。他们还能够拍摄到非洲海星的高质量照片，其手臂上的小瘤子清晰可见。该设备还能在一周内对黑暗环境中的水下植物Aponogeton ulvaceus进行反复成像，以监测其生长。

现在，他们已经展示了一个工作原型，研究人员计划加强该设备，使其在现实世界环境中的部署是实用的。他们希望增加相机的内存，以便它能够实时拍摄照片，流式图像，甚至拍摄水下视频。

他们还想扩大相机的范围。他们成功地在离接收器40米的地方传输了数据，但是把这个范围推得更广，将使相机能够在更多的水下环境中使用。

美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电气和计算机工程助理教授Haitham Al-Hassanieh说："这将为低功耗物联网设备以及水下监测和研究开辟巨大的研究机会。“他没有参与这项研究。

美国麻省理工学院(MIT)的Hyperloop II团队由一组具有航空航天，机械，电气和系统工程背景的多学科研究人员组成。

MIT四十名学生合作设计和制造了Hyperloop II，这是一种高速、无摩擦的车辆，旨在通过空气悬浮技术来运载人员或货物。Hyperloop与许多需要轨道或在真空管运行轨道列车不同，这款模型仅需要平坦的表面并能在气垫上行驶。它不依赖昂贵的磁性系统为其悬浮提供动力，不需要高昂的真空环境。

Hyperloop II是2019年在SpaceX Hyperloop Pod竞赛中唯一以其功能齐全的空气悬浮吊舱而闻名。这是一项年度的超级环形高铁车厢大赛大赛，SpaceX公司旨在鼓励开发新的运输方式。该团队在去年比赛中排名第5，并获得了创新奖。因为大火摧毁了原始原型后，三周后该团队再次对其轨道车进行了大幅度修改。

美国MIT开发的AirLev是第一款电动高速无摩擦空气悬浮轨道车，旨在通过其空气悬浮技术来运载人员或货物。该团队在2019年的SpaceX-Hyperloop大赛上展示了升级版-Hyperloop II，该轨道车在20秒内，以0到200 mph(时速200英里/352公里)迅速提升。