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创新网络系统正在改变我们探索海洋环境的方式

时间:2023-09-07   访问量:167

科学因数据而繁荣。因此,物联网(IoT)的出现带来了一场奇妙的革命。数十亿个装有传感器的“智能对象”相互连接并连接到服务器,实时捕获和交换大量数据。这些数据经过分析、可在全球范围内访问和共享,使研究人员能够以前所未有的方式观察和了解我们的星球。

嗯,不是我们整个星球:物联网并没有将我们与海洋连接起来。

这个盲点相当引人注目。水覆盖了地球表面的 72%,其体积承载着 80% 的生物多样性,并在气候变化等全球现象中发挥着关键作用。如果不整合海洋,就不可能拥有全球视野。

开创性的水下网络技术

全球有一些海洋研究站(就像藻堆中的针)。人们还创建了越来越多的智能海洋物体(传感器、浮标、自动驾驶车辆、探测器)。水下无线网络的基础也正在建立,该网络应该像物联网、水下物联网 (IoUT) 一样易于访问和可靠。作为该领域的先驱,意大利公司WSense今年迎来了有利的发展。

这家初创公司的冒险始于罗马萨皮恩扎大学,Chiara Petrioli 教授负责该大学的一个研究实验室。“我们十年前就开始研究水下网络,”她说。“我们希望找到一种在大面积区域内使用路由器等元件可靠地传输信息的方法。” 这项研究得出的解决方案“达到了以前不可能实现的可靠性和性能水平”,并申请了多项国际专利。潜在的应用支持了衍生产品的创建:WSense 于 2017 年推出,由少数具有声学、网络架构、信号处理等领域背景的博士和工程师组成。

如今,这家初创公司拥有 50 名员工,在意大利、英国和挪威设有办事处。它拥有约20家客户——“蓝色经济”公司和科研机构。其创新成果于 2022 年荣获欧洲创新技术研究所数字挑战赛和欧盟委员会 Blueinvest 奖。

部署声学、光学系统和人工智能

正如你可以想象的那样,“无线网络”和“水下”并不是天生的一对。事实上,任何能够实现空中Wi-Fi功能的东西在水下都不起作用。无线电波明显衰减,光或声音通信因温度、盐度水平、背景噪音而变化很大——一切都必须重新考虑,而这正是 WSense 所做的。

他们的解决方案基于中距离声学通信和短距离光学 LED 技术的创新组合,并带有人工智能的痕迹。

更具体地说,部署了水下“节点”。节点之间的数据传输由人工智能永久优化:每当海况发生变化时,算法都会修改字节数据包遵循的路径。

Petrioli 解释说,该系统可以以 1 kbit/s 的速度将数据发送到 1000 米远的地方,在较短的距离上可以高达几 Mbit/s。这个带宽无法与空中网络的带宽相比,“但我们正在努力扩大它。” 然而,它足以传输传感器收集的环境数据。

“我们正在开发自主机器人系统。我们可以让机器人团队进行沟通和协作、发送数据、获取指令并实时改变他们的任务。”—CHIARA PETRIOLI,WSENSE 创始人兼首席执行官

由此产生的网络稳定、可靠、开放:可以连接各种类型和品牌的多个设备(传感器、探头、车辆)。WSense 最初为浅水区(深度不超过 300 m)设计了其平台,但现在声称该平台的运行深度可达 -3000 m,为海洋打开了更广阔的大门。

从表面上看,浮动网关(或张贴在附近的土地上)将本地网络连接到云,从而连接到世界其他地方——IoUT 加入了物联网。

WSense 自行设计所有软件(从网络软件到数据处理)以及所有必要的硬件:节点、探测器、调制解调器和网关。

WSense 的设备配备了传感器。“它们测量温度、盐度、pH 值、叶绿素、甲烷、铵、磷酸盐、二氧化碳、波浪和潮汐、背景噪音等参数,”Petrioli 解释道。简而言之:实时跟踪和广泛监视潜艇环境所需的一切。

水产养殖是最早对 WSense 表现出兴趣的行业之一(并且仍然是拥有重要客户的行业)。部署覆盖饲养笼的无线网络,无需多条笨重的布线,即可连接用于监测群落生境和控制养鱼场的所有设备。相机和传感器,以及机器人。

“我们正在开发自主机器人系统,”佩特里奥利说。“我们可以让机器人团队进行交流和协作,发送数据,获取指令,并实时改变他们的任务。”

研究动物如何适应气候变化

应挪威客户的要求,WSense R&D 最近开发了一种超微型鱼可穿戴元件。它可以在监测水质的同时,密切观察动物的生命和健康状况。“所有这一切都朝着同一个方向发展:提供工具,进一步朝着更可持续的鱼类养殖方向发展,”佩特里奥利说。

同样,WSense 的平台可以使海上站以及水下基础设施(例如天然气和石油管道)周围的调查和工作变得更加容易。

它在更自然的环境中同样有效。该初创公司已将其网络部署在敏感地点和环境热点地区。例如,科学家用它来研究藻类、珊瑚和动物如何适应气候变化。佩特里奥里表示,在现场持续进行,“这比我们在地面或卫星上所做的要精确得多”。该解决方案还监控对人类构成主要风险的地点,例如火山地区。

WSense 平台还部署在考古或文化遗址,例如那不勒斯(意大利)附近的水下豪华罗马城市拜埃,该城市是联合国教科文组织世界遗产的一部分。通过测量污染和气候变化的影响或游客造成的潜在损害,它有助于保护它们,就像长期以来对陆地考古遗址的保护一样。

就像世界各地放置的网络摄像头一样,“通过 WSense 连接的人也可以推广这些网站。” 它们为教育和旅游打开了窗口,提供了接触更多受众的机会,而不仅仅是科学家、公司或当局。


定义 IoUT 标准

该初创公司还即将推出一个“微节点”,连接到防水平板电脑,将增强潜水体验。这个吸引人的新产品并没有真正体现 WSense 的真正野心。与其他公司不同,这家意大利公司不仅提供“智能设备”。它不想成为我们已经过于碎片化的海洋知识中的又一个组成部分。

相反,它希望将所有组成部分联合起来。

考虑到这一点,WSense 确保了其海底网络的互操作性。出于同样的原因,它也一直在努力简化部署并降低成本,这都是其真正目的的先决条件:定义 IoUT 标准。

水下无线网络可以持续访问有关我们海洋的前所未有的丰富数据

为此,WSense 必须提高其知名度和平台。一月份,它得到了一个在过去两亿年里没有看到任何海洋的地方的巨大推动:达沃斯,位于瑞士阿尔卑斯山的中心。

在上一届世界经济论坛 (WEF) 中,著名的世界经济论坛 (WEF) 奖励了 10 家公司,其中包括海洋数据挑战赛的获胜者WSense ,该活动旨在确定海洋保护数据收集和管理方面最有前景的技术。该奖项提供了进入世界经济论坛网络的机会,这是寻找能够为全球扩张提供支持的人员的理想平台。

效果立竿见影:WSense 在接下来的几周内回答了大量询问。

“这是巨大的,”佩特里奥里说。“我们能够与政治和科学领导人、高层管理人员交谈,他们往往不知道这种可能性。我们可以向他们解释,水下物联网不是深层技术,而是一个可以实施的解决方案。”

快速定位海底通信市场相当有趣(《福布斯》估计该市场价值 35 亿美元,每年增长 22%)。然而,佩特里奥里坚持认为,紧迫性还在于其他方面。

“我们不能拖延应用这些解决方案。我们不能继续忽视有关海洋开发或气候变化的许多事情。我们今天必须明白,因为明天可能就太晚了。”

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