Puede medir factores oceánicos clave, como la salinidad, la temperatura y la posición
Usando un diseño inspirado en uno de los mejores navegantes del océano, un equipo de científicos del Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins está desarrollando un sensor de bajo costo para las observaciones del océano.
El sensor sigue el modelo de Velella velella, que son organismos flotantes parecidos a medusas que navegan por la superficie del océano.
Las nuevas plataformas de sensores, desarrolladas en colaboración con la Escuela Naval de Posgrado y una empresa local de ingeniería eléctrica aeroespacial, incorporan electrónica avanzada de bajo consumo que puede medir factores oceánicos clave, como la salinidad, la temperatura y la posición. Luego, los datos se transmiten a los investigadores mediante comunicación satelital para el monitoreo global en tiempo real.
Medición de la salinidad
La sal hace que el agua sea más densa y, si bien la circulación del agua superficial es impulsada principalmente por los vientos superficiales, los cambios en la densidad y la temperatura del agua de mar impulsan las corrientes oceánicas muy por debajo de la superficie. Los modelos de circulación oceánica global sugieren que estas corrientes profundas impulsadas por la densidad juegan un importante papel en la mediación del clima de nuestro planeta, así como en los ciclos de dióxido de carbono y nutrientes oceánicos.
Aunque los satélites son capaces de capturar datos de salinidad de grandes porciones del océano, los datos de boyas y dispositivos en el agua, como los sensores Velella velella, brindan lecturas localizadas de alta resolución.
"Si podemos monitorear mejor la salud de los océanos y cómo están cambiando los entornos en todo el mundo, entonces podemos tomar mejores decisiones sobre cómo mitigar o adaptarnos a esos cambios", dice Leslie Hamilton, ingeniera de ciencia de materiales del APL.
Modelado según la naturaleza
Apodadas "medusas velero", las Velella velella que inspiraron los sensores del APL forman grandes cardúmenes y se alimentan de plancton mientras flotan por el mar, impulsadas por los vientos que empujan sus velas. Para que los sensores biomiméticos contengan un producto tecnológicamente pesado en un paquete tan pequeño, muchos componentes son multifuncionales.
"La vela no solo captura el viento, sino que también es una característica para albergar componentes eléctricos, como antenas, que deben colocarse por encima de la línea de flotación", dice Kyle Lowery, ingeniero de diseño mecánico del APL. "Y la parte inferior de nuestro Velella velella se asemeja a la quilla de un barco, que al mismo tiempo alberga la mayor parte de la electrónica, proporciona una ubicación conveniente para el sensor de salinidad y baja el centro de gravedad del sensor para la estabilidad".
En áreas del océano donde escasean los nutrientes y el plancton, la Velella velella real puede capturar la luz del sol usando células de algas simbióticas y luego convertir esa luz en energía a través de un proceso similar a la fotosíntesis. Cada uno de los sensores de silicona inspirados en la Velella del APL también recolecta la energía del sol, utilizando dos paneles solares sobre su aleta para alimentar sus diminutos componentes electrónicos.
"Mientras flota en el océano, la energía solar recargará la batería", dice Daniel Ayoub, ingeniero eléctrico del APL. El sensor de salinidad estará sumergido y medirá continuamente los niveles de salinidad.
Imagen: Un prototipo temprano del sensor Velella (izquierda) comparado con una Velella real
Comunicadores acuáticos adaptables
La electrónica, que se puede adaptar para una variedad de intereses de investigación, está diseñada para informar periódicamente sobre la temperatura, la posición y la salinidad a través de comunicaciones satelitales. Para probar estas capacidades, se desplegó un prototipo electrónico temprano a través de un globo meteorológico desde la costa de Delaware. El prototipo se encuentra actualmente en medio del Atlántico y ha estado informando la posición y la temperatura varias veces al día durante más de 20 semanas.
Para realizar las pruebas iniciales de flotabilidad, el equipo colocó los sensores a flote en el estanque del APL. Esto fue seguido por una liberación atada en el Océano Pacífico. Recientemente, los investigadores de la Escuela Naval de Posgrado desplegaron la última versión de su diseño en Monterey, California. El sensor está actualmente atado a un muelle para permitir pruebas y evaluaciones continuas en un entorno oceánico real.
En futuras fases de prueba, los investigadores desplegarán una colección de dispositivos que se asemejan a la estructura de las colonias naturales de Velella velella y son capaces de proporcionar conjuntos más grandes de datos oceánicos críticos.
