Oceanische sensornetwerken die hoogwaardige, realtime gegevens kunnen het begrip van mariene ecologie transformeren, verbetering van vervuiling en rampenbeheer, en informeer meerdere industrieën die gebruikmaken van oceaanbronnen. Een onderzoeksteam van KAUST ontwerpt en optimaliseert draadloze onderwatersensornetwerken die de bestaande oceaansensorapparatuur enorm kunnen verbeteren.

"Momenteel, onderwatersensoren gebruiken akoestische golven om gegevens te communiceren, " legt Nasir Saeed uit, die samen met collega's Abdulkadir Celik werkt aan een nieuw hybride optisch-akoestisch sensorontwerp, Mohamed Slim Alouini en Tareq Al-Naffouri. "Echter, terwijl akoestische communicatie over lange afstanden werkt, het kan slechts beperkte hoeveelheden gegevens met lange vertragingen verzenden. Recent onderzoek heeft ook aangetoond dat door mensen in de oceanen veroorzaakt geluid een negatief effect heeft op het leven in zee. We moeten alternatieve, energiezuinige sensoren die geluidsoverlast beperken en tegelijkertijd hoogwaardige data genereren."

Een optie is om in plaats daarvan optische communicatietechnologie te gebruiken, maar lichtgolven zullen slechts korte afstanden onder water afleggen voordat ze worden geabsorbeerd. Optische sensoren zijn ook sterk afhankelijk van aanwijs- en volgmechanismen om ervoor te zorgen dat ze correct zijn georiënteerd om signalen te verzenden en ontvangen. Het team stelt daarom een ​​hybride sensor voor die zowel akoestische als optische signalen tegelijk kan verzenden. Op deze manier, een dataverzamelingsboei op het wateroppervlak kan communiceren met elke sensor in een netwerk dat eronder ligt.

Echter, marien onderzoek vereist nauwkeurige metingen vanaf precieze locaties, dus wetenschappers moeten op elk moment weten waar elke sensor zich bevindt. Het team gebruikte wiskundige modellering om een ​​proof-of-concept-lokalisatietechniek te ontwikkelen.

"Met onze techniek de sensoren verzenden hun ontvangen signaalsterkte-informatie (RSSI) naar de oppervlakteboei, " zegt Saeed. "Voor een grote communicatieafstand, de sensoren maken gebruik van akoestische signalen, maar als de sensor zich in de buurt van een andere sensor bevindt, het zal in plaats daarvan een optisch signaal sturen."

Meerdere RSSI-metingen voor elke sensor worden verzameld door de oppervlakteboei. De boei weegt deze metingen vervolgens om de voorkeur te geven aan de meest nauwkeurige metingen voordat wordt berekend waar elke sensor is geplaatst.

De teams van Alouini en Al-Naffouri stellen voor dat hun sensoren een nieuwe energiebron nodig zullen hebben in plaats van te vertrouwen op korte termijn batterijvermogen. Ze voorzien een energie-oogstsysteem dat brandstofcellen aandrijft met behulp van microscopisch kleine algen of piëzo-elektrische (mechanische stress) energie.