Khi nói đến việc lập bản đồ lãnh thổ mới, kỷ lục của NASA đã lấn át kỷ lục của Lewis và Clark. Và cơ quan vũ trụ không chỉ lập biểu đồ cho các ngôi sao và hành tinh khác—một vị trí thuận lợi từ không gian còn cho phép có một cái nhìn tuyệt vời về Trái đất. Giờ đây, một phát minh gần đây của NASA có thể cho phép robot lập bản đồ toàn bộ đáy biển của hành tinh chúng ta, giúp khai thác các nguồn tài nguyên quý giá đồng thời bảo vệ môi trường sống biển. Mặc dù các thiết bị sonar dưới nước cho hoạt động như vậy không phải là mới, nhưng chúng đã bị cản trở nghiêm trọng bởi pin khiến chúng chết trong nước.
Từ trái sang, Michael Zedelmair và Miles Mallinger, cả hai đều thuộc Seatrec và Đại úy Todd Black của Fish Heads La fishing Charters, triển khai một chiếc phao với một trong các mô-đun năng lượng SL1 của công ty ở Vịnh Mexico trước mùa bão năm 2022 để thu thập dữ liệu có thể cải thiện dự báo bão. Tín dụng: Seatrec Inc.
Dựa trên công nghệ được tạo ra tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Nam California và được cấp phép từ Viện Công nghệ California, Seatrec Inc. ở Vista, California, hiện cung cấp nguồn năng lượng đầu tiên cho các robot dưới biển được cung cấp năng lượng hoàn toàn bởi môi trường của nó, cho phép các thiết bị hoạt động trong đại dương mở vô thời hạn mà không có bất kỳ sự can thiệp nào.
Sau khi lấy bằng tiến sĩ về khoa học đại dương, Yi Chao nhận công việc tại JPL để cống hiến hết mình cho nghiên cứu về đại dương. Lựa chọn của anh ấy có vẻ phản trực giác, nhưng cơ quan vũ trụ đã đặt việc nghiên cứu về Trái đất — bao gồm cả các đại dương và chỏm băng — thành ưu tiên hàng đầu, phóng hàng chục vệ tinh với hàng trăm cảm biến để đo mực nước biển, nhiệt độ, độ mặn và nhiều hơn thế nữa.
“Tôi đã dành khoảng 15 năm đầu tiên tại JPL để nghiên cứu đại dương từ không gian,” Chao nói, bao gồm cả điểm nổi bật trong sự nghiệp là nhà khoa học dự án cho sứ mệnh vệ tinh Aquarius đo độ mặn của nước biển. Một thách thức của sứ mệnh là hiệu chỉnh thiết bị của vệ tinh dựa trên các phép đo trực tiếp hàm lượng muối từ các cảm biến mà Chao và nhóm của ông phải phân phối trên khắp các đại dương. Trong khi vệ tinh dễ dàng di chuyển quanh Trái đất nhiều lần trong ngày để thu thập dữ liệu, những khoảng cách đại dương đó vẫn rất rộng lớn đối với các nhà nghiên cứu vượt qua chúng bằng thuyền.
“Chúng tôi đã ra khơi suốt 30 ngày,” anh nói. "Chúng tôi đã triển khai—và yêu cầu các đồng nghiệp ở các trường đại học triển khai—tất cả các loại nền tảng robot để thu thập dữ liệu ở giữa Đại Tây Dương, không chỉ gần bề mặt mà còn cả dưới bề mặt, để chúng tôi có thể hiệu chỉnh và giải thích những gì chúng tôi' đang đo từ không gian."
Thiết bị Aquarius của NASA trên vệ tinh Satélite de Aplicaciones Científicas của Hoa Kỳ và Argentina đã lập bản đồ độ mặn bề mặt của các đại dương trên Trái đất từ năm 2011 đến năm 2014. Để hiệu chỉnh thiết bị, một nhóm từ Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, bao gồm cả nhà khoa học dự án Yi Chao, đã phải phân phối các phao robot khắp nơi. đại dương. Trải nghiệm này đã giúp truyền cảm hứng cho Chao phát minh ra nguồn năng lượng vô tận cho phao và cảm biến trên đại dương. Tín dụng: NASA
Trải nghiệm này cho anh thấy việc tiếp cận nhiều đại dương rộng mở trên thế giới vẫn còn khó khăn như thế nào, những nơi có thể nằm cách các cảng lớn gần nhất hơn một tuần và nó đã dạy anh về những robot theo dõi tình trạng ở đó. Ông học được rằng yếu tố hạn chế nhất của chúng là năng lượng, đặc biệt là đối với các cảm biến dưới nước không thể dựa vào năng lượng tái tạo có sẵn trên bề mặt từ mặt trời, gió và sóng. Tất cả các robot dưới biển hiện đều hoạt động bằng pin và khi pin hết, chủ sở hữu có thể để cảm biến trở nên ô nhiễm hoặc sạc pin trên tàu. Ở vùng biển rộng, con tàu đó có giá khoảng 50.000 USD một ngày và đốt cháy hàng tấn nhiên liệu diesel.
Chao nói: “Tôi thực sự có cơ hội tìm hiểu những thách thức của robot dưới nước, đặc biệt là năng lượng, và giải quyết nút thắt đặc biệt này mà tôi muốn giải quyết”.
Robot trỗi dậy
Anh ấy đã tuyển dụng hai đồng nghiệp của JPL và họ bắt đầu xây dựng một loại nguồn năng lượng khác cho robot dưới biển.
Để tạo ra năng lượng, họ nghiên cứu các vật liệu chuyển pha, những chất chuyển tiếp giữa các pha – thường là giữa chất rắn và chất lỏng – ở nhiệt độ mong muốn nhất định. NASA thường sử dụng các vật liệu chuyển pha để giảm nhiệt độ cực cao trong không gian, nhưng nhóm của Chao muốn tạo ra năng lượng bằng cách tận dụng sự thay đổi về thể tích đi kèm với sự thay đổi về pha. Hầu hết các chất, ngoại trừ nước và kim loại, nở ra khi tan chảy và co lại khi đông đặc.
Hai mô-đun SL1 của Seatrec được gắn vào phao robot. Các mô-đun này tạo ra năng lượng từ những thay đổi về thể tích do vật liệu chuyển pha trải qua khi phao nổi lên từ vùng nước sâu lạnh hơn đến vùng nước bề mặt ấm hơn. Bằng cách thêm mô-đun thứ hai, người vận hành sẽ tăng gấp đôi năng lượng sẵn có. Tín dụng: Seatrec
Chao cho biết: “Chúng tôi sử dụng động năng từ sự giãn nở thể tích đó để quay động cơ và sau đó biến cơ năng thành điện năng, và bây giờ bạn có thể sạc lại pin của mình”. Đó là một khái niệm cũ và về cơ bản là cách hoạt động của động cơ hơi nước, sử dụng sự giãn nở của nước thành hơi để làm quay động cơ. Nhưng quá trình chuyển đổi từ rắn sang lỏng chỉ tạo ra sự giãn nở khoảng 10%. Do đó, thách thức là tận dụng tối đa lượng năng lượng nhỏ mà nó tạo ra.
“Vì vậy, mọi thành phần đều phải có hiệu suất siêu cao”, Chao nói. “Đó là lý do tại sao mọi người đã thử cách này và không nghĩ rằng nó có đủ năng lượng để chuyển đổi. Chúng tôi là những người đầu tiên thực hiện toàn bộ quá trình từ đầu đến cuối và chọn ra các thành phần có hiệu suất cao nhất, và cuối cùng chúng tôi có thể tạo ra đủ năng lượng cho một robot dưới nước."
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
