Unterwasserkamera liefert Bilder ohne Batterie: Daten werden per Schall zur Oberfläche geschickt

Kamerafallen an Land zur Beobachtung von Wölfen, Rehen und anderen Tieren sind gang und gäbe. Kamerafallen im Wasser, die Aufschluss geben über den Fischbestand oder die Gewohnheiten der Meeresbewohner sind selten. Sie benötigen Batterien oder endlos lange Versorgungskabel und müssen regelmäßig aus dem Wasser geholt werden, um die erfassten Bilddaten auszulesen.

Delphine versorgen die Kamera mit Strom

Mit der Lösung eines dieser Probleme gaben sich Sayed Saad Afzal, Fadel Adib und ihre Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge nicht zufrieden. Sie haben gleich alle gelöst. Den Strom beziehen sie aus piezoelektrischen Wandlern, das sind Materialien, die auf wechselnden Druck mit der Erzeugung von Strom reagieren. In vielen Feuerzeugen wird diese Technik genutzt, um Zündfunken zu erzeugen.

Den Druck liefern Wellen, die sich durch das Meer bewegen. Sie können aus der Unterhaltung von Delphinen stammen, oder von Gastankern und anderen Geräuschquellen. Die elektrische Energie wird in einem Superkondensator gesammelt und für zweierlei genutzt: Die Kamera selbst und die Übertragung der Daten an die Wasseroberfläche.

Schwarz-Weiß-Kamera liefert Farbbilder

Gängige Kameras sind ungeeignet, weil sie mehr Strom verbrauchen als die Piezoelemente liefern können. Die MIT-Forscher setzen deshalb einen Bildsensor ein, der nur Schwarz-Weiß-Bilder liefert. Dass sie später dennoch farbig erscheinen ist einem Trick zu verdanken. Objekte werden nahezu gleichzeitig, aber dennoch nacheinander gleichdreimal fotografiert. Dabei wechselt die LED-Beleuchtung im Aufnahmetakt zwischen Rot, Grün und Blau. Weil die Farbanteile in diesen Aufnahmen je nach Farbe des Objekts unterschiedlich stark absorbiert und reflektiert werden, unterscheiden sich die drei Schwarzweiß-Aufnahmen. Werden sie später mit Hilfe spezieller Software rekombiniert, lässt sich daraus ein Farbbild erstellen

Boje fragt Bilddaten Pixel für Pixel ab

Da Funk jeglicher Art unter Wasser nicht weit kommt, erst recht nicht bis zur Wasseroberfläche, entwickelten die MIT-Forscher gleich noch ein Übertragungssystem, das auf Schall basiert, der unter Wasser prächtig vorankommt. Der Empfänger, beispielsweise eine Boje an der Meeresoberfläche, regt die Unterwasserkamera akustisch an. Deren piezoelektrisches Modul wirft das Signal zurück – das ist digitale die Bildinformation „Eins“ -oder verschluckt es für die „Null“. So landet nach und nach die gesamte Bildinformation in der Boje, die sie mit normalem Funk weiterleiten kann, etwa eine meereswissenschaftliche Beobachtungsstation. Die Reichweite für die Kommunikation zwischen Boje und Kamera liegt derzeit bei 40 Metern.

via MIT