Engenheiros inventam sonar que funciona fora de água (e vê o fundo do mar como terra firme)

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Os radares e o LiDAR têm sido ferramentas rápidas e eficazes para mapear a superfície da Terra a partir de aeronaves e satélites. Porém, embora possam fornecer leituras precisas através das nuvens, não conseguem “ver” o que está debaixo da superfície do mar.

O sonar é a forma mais eficaz de mapear o fundo do mar. No entanto, a grande maioria dos oceanos que formam 70% da superfície da Terra continua sem mapeamento, porque as ondas sónicas até agora só podem ser enviadas de baixo para cima.

As ondas sonoras enviadas do ar para a água perdem mais de 99,9% da sua energia. Os escassos 0,1% de energia restantes criam um sinal de sonar, mas que perde mais 99,9% da sua energia ao voltar da água para o ar.

O sonar costuma ser usado na deteção de submarinos por forças militares em todo o mundo. Até agora, as coisas mais próximas de um sonar aerotransportado são sistemas de sonar de banda larga de baixa frequência que pendem de cabos do fundo dos helicópteros e mergulham no mar. Esses métodos são lentos, caros e não cobrem grandes áreas.

Agora, uma equipa de engenheiros de Stanford acredita que descobriu como enviar e receber sinais de sonar de plataformas aéreas sem tocar na água, num desenvolvimento que poderia tornar muito mais fácil o mapeamento do fundo do mar e a investigação da vida marinha.

A equipa descobriu que uma abordagem fotoacústica pode, pelo menos, fazer o sinal passar pela barreira numa direção.

O Photoacoustic Airborne Sonar System (PASS) dispara um laser na superfície da água, a sua intensidade é pulsada na frequência acústica desejada e, à medida que a energia do laser é absorvida, cria ondas ultrassónicas na água que podem atuar como ondas de sonar eficazes, ressaltando em objetos subaquáticos antes de regressar à superfície.

“Se pudermos usar a luz no ar, onde a luz viaja bem, e o som na água, onde o som viaja bem, podemos obter o melhor dos dois mundos”, disse Aidan Fitzpatrick, primeiro autor do estudo, em comunicado.

O movimento de regresso da água para o ar esgota essas ondas sonoras de quase toda a sua energia, mas essa perda unilateral ainda deixa sinal suficiente para ser “ouvido” por transdutores no dispositivo no ar.

“Desenvolvemos um sistema que é suficientemente sensível para compensar uma perda dessa magnitude e ainda permitir a deteção de sinal e imagem”, disse o líder do estudo Amin Arbabian.

Quando o sinal é gravado, é analisado por software para criar uma imagem 3D do objeto submerso. O software consegue corrigir a refração das ondas sonoras conforme saem da água e vão para o ar.

Para já, a equipa testou um protótipo do dispositivo PASS em pequena escala, segurando-o firmemente sobre um recipiente de armazenamento de plástico cheio de água parada para produzir uma imagem 3D de um S de metal submerso debaixo da superfície.

Ainda existem grandes desafios pela frente se esta tecnologia se provar útil no mapeamento do fundo do mar. Para começar, o mar aberto não fica parado. Ondas e ondulações mudam constantemente a forma e a altura da superfícia e isso afetará o sinal de várias formas diferentes.

“Atualmente, estamos a trabalhar para lidar com as ondas de água”, disse Fitzpatrick. “Este é um desafio, mas achamos que é um problema viável”.

Depois, há o problema do próprio veículo de implantação. “A nossa visão para essa tecnologia é a bordo de um helicóptero ou drone. Esperamos que o sistema consiga voar a dezenas de metros acima da água”, continuou Fitzpatrick

Os helicópteros e os drones empurram muito ar e fazem muito barulho. Isto pode representar mais desafios para os transdutores super-sensíveis enquanto tentam detetar os pequenos fragmentos restantes de ondas sonoras saem da água.

Além disso, é preciso saber se pode ser escalado e quão poderoso o sistema teria de ser para gerar um sistema de sonar que conseguisse mapear o fundo do oceano a partir de um drone a voar acima da superfície.

A investigação foi apoiada pelo Escritório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos e pela agência de Projetos de Pesquisa Avançada-Energia (ARPA-E).

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