Под водой радиоволны почти бесполезны: в солёной воде они затухают на 1–10 дБ на каждый метр, и дальность связи измеряется считанными футами. Акустика работает дальше, но страдает от доплеровского искажения, многолучевой интерференции и шума, который вредит морским обитателям. Оптика быстрая, но требует прямой видимости и отказывает в мутной воде или когда линзы зарастают микроорганизмами. В итоге подводные роботы либо обмениваются короткими статус-пингами, либо всплывают, чтобы передать данные. Никакой реальной автономии в реальном времени нет.
Команда из Университета Флориды разработала антенну BlueME, которая меняет правила игры. Система позволяет автономным подводным аппаратам (AUV) обмениваться данными на расстоянии до 730 метров, потребляя около 10 ватт — меньше, чем обычная светодиодная лампочка.
Идея родилась из неожиданной области. Соавтор проекта Адам Халифа годами проектировал миниатюрные беспроводные импланты, пока его не осенило: «Многие физические проблемы внутри человеческого тела такие же, как под водой. Тело — это, по сути, слегка солёная вода». Ключевое новшество BlueME — магнитоэлектрическая (ME) антенна. Магнитное поле деформирует слой Metglas (магнитострикционный материал), и эта деформация создаёт напряжение в соседнем пьезоэлектрическом слое (PZT). В обратную сторону — работает как передатчик. Антенна излучает на очень низких частотах (около 35–36 кГц), но остаётся гораздо компактнее традиционных электрических антенн для тех же частот.
В системе 15 таких антенн, собранных в массив 3x5 и помещённых в маслонаполненные водонепроницаемые корпуса, выдерживающие давление на глубине. Что контринтуитивно: ME-антенны работают под водой даже лучше. На частоте 36 кГц длина волны сжимается с 8327 метров в воздухе до 170 метров в пресной воде — это резко повышает эффективность излучения для маленьких антенн. Пятнадцать одновременно работающих антенн дают в 225 раз большую мощность, чем одна, а вместе с согласованной приёмной решёткой теоретический выигрыш по каналу достигает 119 дБ.
Испытания провели на озере Уобург во Флориде (пресная вода) и на побережье Мексиканского залива (солёная). В пресной воде BlueME уверенно работал на 200 метрах при мощности всего 1 ватт. В солёной — сигнал детектировали на 730 метрах при менее чем 10 ваттах, причём на качество связи не влияли ни мутность, ни препятствия, ни многолучевые помехи.
Скорость передачи — от 1 до 100 Кбит/с. Это далеко от гигабитных оптических систем в идеальных условиях, но скорость здесь не главное. Соавтор Мд Джахидул Ислам объясняет: «Представьте, что робот шлёт вам статус каждые 10 минут, а оператор принимает решения и адаптирует миссию в реальном времени». Исследователи подали предварительный патент и ищут финансирование, чтобы доработать аппаратуру и провести испытания на полноразмерных AUV. Применения — кооперативная навигация флота, картографирование дна и локальный позиционирование в реальном времени.