Разработка ученых может существенно изменить способы коммуникации под водой. Она открывает возможности для создания компактных и эффективных систем связи для подводных аппаратов, аквалангистов и роботов.
Специалисты Новгородского госуниверситета совместно с зарубежными коллегами представили прототип компактной магнитоэлектрической антенны для сверхнизкочастотной связи. Испытания подтвердили работоспособность устройства, которое значительно меньше по размерам, чем традиционные варианты. Данная разработка позволит создать мобильные решения для подводной связи, как указано на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Подводная среда значительно усложняет передачу сигналов. Обычные радиоволны беспрепятственно проходят через воздух, но быстро теряют силу в морской воде. Использование акустических колебаний помогает решить проблему проникновения сигнала, хотя и связано с определенными недостатками: длительная задержка, отражение эха и чувствительность к помехам.
Наиболее эффективным считается метод передачи информации с помощью электромагнитных волн очень низкой частоты (3−30 кГц), которые способны глубоко проникать в морскую среду. Тем не менее, создание мощных и эффективных низкочастотных антенн требует значительных ресурсов: длина электромагнитных волн достигает десятков километров, что заставляет строить огромные конструкции, занимающие площадь порядка тысячи футбольных полей. В качестве альтернативы выступают механические антенны, которые генерируют электромагнитное излучение благодаря механическим движениям заряда или магнита. Несмотря на имеющийся потенциал, они сталкиваются с проблемами стабильности и производительности.
Предложено новое инновационное решение — магнитоэлектрические антенны, основанные на обратимом магнитоэлектрическом эффекте. Использование специальных композитных материалов позволяет преодолеть предельные ограничения на размеры антенн, которые определяются длиной акустической волны твердых тел, а не самой электромагнитной волны.
Для повышения эффективности группа ученых разработала уникальный состав пьезокерамического материала (PIN-PMS-PZT), который отличается высоким пьезоэлектрическим коэффициентом (~401 пКл/Н) и механической добротностью (~1510). Этот композит демонстрирует выдающиеся характеристики, превосходящие лучшие коммерческие образцы (например, PZT-8). В частности, опытный образец антенны показал способность передавать сигналы на расстояние до 100 метров при размере всего 14 см. Будущие перспективы включают оптимизацию материалов и разработку массивов антенн для увеличения радиуса действия связи.
Таким образом, новгородская разработка приближает создание мобильных систем связи для подводных объектов, роботов и глубоководных исследований, где ранее использовались исключительно стационарные и крупногабаритные системы.
Фото: hi-tech.mail.ru