Uma equipe da Universidade da Flórida anunciou recentemente que desenvolveu um novo sistema de comunicação subaquática chamado BlueME, que deverá revolucionar a forma como os robôs subaquáticos autônomos se comunicam entre si e com as pessoas na superfície. Os pesquisadores disseram que essa tecnologia se originou de anos de pesquisa sobre dispositivos implantáveis ​​sem fio no corpo. A ideia é transferir a experiência de propagação eletromagnética no “ambiente leve de água salgada” do corpo humano para um meio semelhante como o oceano.

Actualmente, os métodos tradicionais de comunicação subaquática têm as suas próprias limitações. As ondas de rádio são de pouca utilidade debaixo d'água, onde os sinais sem fio regulares são atenuados em cerca de 1 a 10 decibéis por metro em água salgada, muitas vezes a uma distância de apenas alguns metros. Embora a comunicação acústica possa alcançar transmissão de longa distância, ela será afetada por fatores como mudança de frequência Doppler e interferência multipercurso, e também poderá causar danos sonoros à vida marinha. Os sistemas ópticos têm largura de banda extremamente alta em condições ideais, mas requerem linha de visão direta. Quando a água estiver turva ou a janela óptica estiver degradada devido à adesão biológica, o desempenho será bastante reduzido. Tomados em conjunto, a maioria dos robôs subaquáticos agora podem enviar apenas "pacotes de pulsação" de status muito curtos ou devem emergir regularmente para fazer upload de dados de missão, o que limita severamente suas capacidades de autonomia em tempo real.

O sistema BlueME foi projetado para resolver esses gargalos. O sistema utiliza uma antena magnetoelétrica (ME) para permitir que veículos subaquáticos autônomos (AUVs) alcancem comunicação de dados até 730 metros enquanto consomem apenas cerca de 10 watts de energia, o que é menos do que uma lâmpada LED doméstica. De acordo com a equipe de pesquisa, em um ambiente de água doce, o BlueME pode manter uma comunicação estável a uma distância de 200 metros com apenas 1 watt de potência, e em um ambiente de água salgada, pode alcançar a detecção de sinal a 730 metros com menos de 10 watts, e não é afetado pela turbidez da água, obstáculos ou interferência multipercurso.

A principal inovação deste sistema é acoplar materiais magnetostritivos com materiais cerâmicos piezoelétricos para formar uma antena magnetoelétrica. Especificamente, o campo magnético externo deforma a camada magnetostritiva chamada Metglas, e essa deformação mecânica induz a camada piezoelétrica PZT adjacente a gerar tensão; a operação reversa pode completar a emissão do sinal. Graças a este projeto de acoplamento eletromecânico, a antena pode operar na banda de frequência muito baixa de cerca de 35 a 36 kHz, sendo muito menor do que as antenas elétricas tradicionais de mesma frequência.

O sistema BlueME completo consiste em 15 dessas antenas em um arranjo 3×5, alojadas em uma caixa à prova d’água compensada por óleo para equilibrar a enorme pressão hidrostática encontrada em ambientes de águas profundas. Curiosamente, os investigadores descobriram que o desempenho desta antena magnetoelétrica melhorou depois de entrar na água: a 36 kHz, o comprimento de onda do sinal era de cerca de 8.327 metros no ar, mas foi comprimido para cerca de 170 metros em água doce, melhorando significativamente a eficiência de radiação da pequena antena. A transmissão conjunta de múltiplas antenas amplifica a potência irradiada em cerca de 225 vezes em comparação com a de uma única antena. Juntamente com a matriz receptora correspondente, o ganho teórico do link pode atingir cerca de 119 decibéis.

O projeto é liderado conjuntamente por Adam Khalifa e Md Jahidul Islam, e os resultados da pesquisa foram aceitos pelo IEEE Transactions on Ocean Engineering. Khalifa, que há muito se dedica ao design de dispositivos implantáveis ​​​​micro-sem fio, lembrou que um dia de repente percebeu as semelhanças nas propriedades físicas do corpo humano e do oceano: “Nossos corpos são essencialmente feitos de água salgada leve, o que nos fez começar a pensar nas comunicações oceânicas de uma forma completamente diferente”.

No teste em águas abertas, a equipe realizou testes de campo no Lago Warburg (água doce) em Gainesville, Flórida, e na Costa do Golfo da Flórida (água salgada) para verificar o desempenho do sistema sob diferentes condições de água. Experimentos mostram que o BlueME pode manter uma ligação estável, independentemente da turbidez do corpo d'água ou da presença de obstáculos ou reflexões multipercursos, o que é de importância prática para operações subaquáticas em ambientes offshore complexos.

Em termos de taxas de dados, o BlueME atinge atualmente transmissões de cerca de 1 Kb/s a 100 Kb/s, bem abaixo das velocidades de gigabit que os sistemas ópticos podem alcançar em condições ideais. No entanto, a equipe de pesquisa enfatizou que o objetivo do projeto do sistema desde o início não era buscar largura de banda extremamente alta, mas alcançar baixo consumo de energia, longa distância, estabilidade e um link bidirecional com menos impacto ao meio ambiente. “É concebível que o robô reporte o progresso da tarefa a cada 10 minutos, e o operador possa avaliar e ajustar a tarefa em tempo real com base nisso, o que é crítico o suficiente para melhorar a flexibilidade das operações subaquáticas.” O Islã disse.

O autor do artigo destacou que esta é a primeira vez que uma antena magnetoelétrica foi implantada em um nível prático em um ambiente externo, e é também um dos maiores conjuntos de antenas magnetoelétricas VLF/LF até o momento. A equipe apresentou agora um pedido de patente provisório e está buscando mais financiamento para melhorar o hardware e realizar testes de viagem adicionais em uma plataforma de veículos subaquáticos autônomos em grande escala. As aplicações futuras esperadas incluem cenários-chave, como navegação de formação colaborativa, mapeamento de terreno do fundo do mar e posicionamento em tempo real.

"Alcançamos os resultados atuais com recursos iniciais muito limitados." Khalifa enfatizou que se um investimento especial em engenharia puder ser obtido no futuro e uma implantação em maior escala puder ser alcançada, o potencial desta plataforma excederá em muito as capacidades atualmente demonstradas. Islam descreveu o estágio atual como “um período muito inicial de um produto com grande potencial”, sugerindo que o BlueME ainda tem uma enorme imaginação no espaço de aplicação de comunicações subaquáticas e até mesmo de robôs marinhos.