งมเข็มในมหาสมุทรง่ายนิดเดียว เซ็นเซอร์ใต้น้ำแม่นยำในความลึก 1 กิโลเมตร
การงมหาวัตถุที่ต้องการในทะเลถือเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะเมื่อเป็นวัตถุขนาดเล็ก แต่จะเป็นอย่างไรเมื่อเซ็นเซอร์ชนิดใหม่อาจช่วยให้เรางมเข็มในมหาสมุทรได้จริงๆ
การค้นหาวัตถุใต้น้ำ ถือเป็นเรื่องที่มีความยากและซับซ้อนเป็นอย่างยิ่ง ด้วยข้อจำกัดหลายด้านจากสภาพแวดล้อมใต้น้ำ ทั้งจากความมืด ระดับความลึก ความซับซ้อนชองสภาพพื้นที่ หรือแม้แต่การไหลของกระแสน้ำ เป็นเหตุให้การค้นหาใต้น้ำถือเป็นเรื่องปราบเซียน จนมีสำนวนว่า งมเข็มในมหาสมุทร ในที่สุด
แต่ทุกอย่างอาจเปลี่ยนไปเมื่อเซ็นเซอร์ใต้น้ำรุ่นใหม่ใช้ค้นหาวัตถุในระดับความลึก 1 กิโลเมตรอย่างแม่นยำ
เซ็นเซอร์ที่ช่วยให้เรางมเข็มในมหาสมุทรในชีวิตจริง
ผลงานนี้เป็นของทีมวิจัยจาก Xiamen University แห่งประเทศจีน กับการคิดค้นเซ็นเซอร์รุ่นใหม่โดยการพัฒนาเซ็นเซอร์ LiDAR ที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย พร้อมนำมาปรับปรุงพัฒนาเพิ่มเติมให้มีขีดความสามารถในการตรวจจับวัตถุใต้น้ำในระดับความลึก 1 กิโลเมตรได้สำเร็จ
เดิมทีเซ็นเซอร์ LiDAR นับเป็นอีกหนึ่งกลวิธีในการสำรวจใต้ทะเล ใช้งานทั่วไปในการสำรวจชายฝั่งและแนวปะการัง แต่ด้วยกลไกการทำงานที่ต้องอาศัยการสะท้อนของแสงเลเซอร์ ระดับความใสของน้ำส่งผลโดยตรงต่อระยะทำการ โดยมากเซ็นเซอร์ LiDAR ทั่วไปจึงมีขอบเขตการใช้ในน้ำเพียง 10 – 50 เมตร
ด้วยเหตุนี้ทางทีมวิจัยจึงพัฒนาเซ็นเซอร์รุ่นใหม่ Raman LiDAR โดยอาศัยการปล่อยแสงเลเซอร์สีเขียวลงไปใต้ผิวน้ำ เพื่อวัดการตกกระทบของแสงเลเซอร์เข้ากับสัญญาณที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ อาศัยการตรวจจับโฟตอนเดี่ยวเพื่อปรับปรุงความไวและประสิทธิภาพในการตรวจจับวัตถุได้ดียิ่งขึ้น
ผลลัพธ์นี้ช่วยให้เซ็นเซอร์ LiDAR มีประสิทธิภาพในการตรวจจับสูงขึ้นอย่างก้าวกระโดด โดยสามารถตรวจจับวัตถุในระดับความลึกได้สูงสุดถึง 1 กิโลเมตร ตัวระบบมีความไวเซ็นเซอร์สูงมาก สามารถตรวจจับและแยกแยะน้ำมันรั่วไหลในระดับความหนา 1 มิลลิเมตรได้อย่างแม่นยำ
ในทางทฤษฎีนี่จึงถือเป็นเซ็นเซอร์ที่สามารถใช้ค้นหาวัตถุขนาดเล็กใต้มหาสมุทรได้ไม่เว้นแม้แต่เข็มเล่มเดียว
สุดยอดเซ็นเซอร์ที่อาจพลิกโฉมโลกใต้ทะเล
ตามที่กล่าวไปข้างต้นเซ็นเซอร์รุ่นใหม่นี้มีประสิทธิภาพสูงกว่า LiDAR ทั่วไป นอกจากระยะทำการที่น้อยกว่าเซ็นเซอร์รุ่นเก่ายังมีปัญหาในการตรวจจับน้ำมันรั่วไหลในทะเล จากการสะท้อนแสงของน้ำและน้ำมันที่มีความใกล้เคียงกัน ในขณะที่เซ็นเซอร์รุ่นใหม่สามารถใช้ในการตรวจสอบได้แม้จะมีระดับการรั่วไหลเพียงเล็กน้อย
นั่นทำให้ Raman LiDAR มีประโยชน์อย่างยิ่งในการสำรวจน้ำมันรั่วในทะเล เซ็นเซอร์ต้นแบบมีขนาดราว 40 เซนติเมตรและกินไฟน้อยมาก จึงสามารถนำไปติดตั้งในโดรนใต้น้ำเพื่อให้ทำการสำรวจความเสียหายของท่อส่งน้ำมัน สถานีขุดเจาะ ไปจนเหตุการณ์น้ำมันรั่วในทะเลได้
เซ็นเซอร์นี้ยังได้รับการปรับปรุงคุณสมบัติทางแสงใต้น้ำขึ้นมาโดยเฉพาะ ทำให้มีคุณสมบัติตรวจจับรายละเอียดใต้น้ำได้หลายรูปแบบ ตั้งแต่ระดับความลึกของน้ำ ฟองอากาศ ระดับการปนเปื้อน ไปจนอนุภาคภายในน้ำ เซ็นเซอร์จึงมีคุณสมบัติในการตรวจสอบและประเมินคุณภาพน้ำโดยคร่าว
ด้วยเหตุนี้เซ็นเซอร์จึงสามารถนำไปใช้งานในด้านอื่น อย่างการสำรวจทรัพยากรทางทะเล ในการตรวจจับตะกอนและความอุดมสมบูรณ์ใต้มหาสมุทร มีคุณสมบัติในการสำรวจสภาพแวดล้อมและความอุดมสมบูรณ์ของระบบนิเวศได้ เช่น การตรวจสอบพื้นที่ในแถบแนวปะการัง
อีกหนึ่งการใช้งานที่เป็นไปได้ของเซ็นเซอร์ชนิดนี้คือ การสำรวจใต้ทะเลในเชิงโบราณคดีต่างๆ ด้วยคุณสมบัติในการตรวจสอบวัตถุรายละเอียดสูง ช่วยให้สามารถนำไปประยุกต์ในการสำรวจภูมิประเทศใต้ทะเล ซากเรืออับปาง ไปจนแหล่งโบราณคดีใต้น้ำ เป็นประโยชน์ในการสำรวจโครงสร้างและจัดทำแผนที่ใต้ทะเลต่อไป
อย่างไรก็ตามการใช้งานก็ต้องเป็นไปอย่างระมัดระวัง เพราะแม้เลเซอร์ความยาวคลื่นนี้จะมีประสิทธิภาพสูง แต่เลเซอร์กำลังสูงเกินไปอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์ของสัตว์ทะเลน้ำลึก หรือสัตว์ที่มีความไวต่อแสงมาก อาจส่งผลกระทบต่อการล่าเหยื่อหรือวิถีชีวิตของสัตว์เหล่านั้นได้เช่นกัน
ปัจจุบันเซ็นเซอร์ Raman LiDAR อยู่ในช่วงระหว่างการพัฒนา ทางทีมวิจัยกำลังปรับปรุงให้เซ็นเซอร์ทำงานและตอบสนองต่อเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าอย่างเลเซอร์สีน้ำเงิน เพื่อความสะดวกและลดผลกระทบในการตรวจสอบสภาพแวดล้อมไม่ให้ถูกรบกวนด้วยคคลอโรฟิลล์จากพืชใต้ทะเล
พวกเขาคาดว่าเซ็นเซอร์รุ่นใหม่จะมีบทบาททั้งในการสำรวจ ติดตามสิ่งแวดล้อม และความมั่นคงทางทะเลต่อไป
ที่มา
https://interestingengineering.com/innovation/chinas-laser-radar-wins-award