Oceaniska sensornätverk som samlar in och sänder högkvalitativa, realtidsdata kan förändra förståelsen av marin ekologi, förbättra föroreningar och katastrofhantering, och informera flera industrier som utnyttjar havets resurser. Ett forskarteam från KAUST designar och optimerar trådlösa sensornätverk under vattnet som avsevärt kan förbättra befintlig utrustning för havsavkänning.

"För närvarande, undervattenssensorer använder akustiska vågor för att kommunicera data, " förklarar Nasir Saeed, som arbetar på en ny hybrid optisk-akustisk sensordesign med kollegorna Abdulkadir Celik, Mohamed Slim Alouini och Tareq Al-Naffouri. "Dock, medan akustisk kommunikation fungerar över långa avstånd, den kan bara överföra begränsade mängder data med långa fördröjningar. Ny forskning har också visat att buller som skapas av människor i haven påverkar det marina livet negativt. Vi måste utveckla alternativ, energieffektiva sensorer som begränsar buller och samtidigt genererar högkvalitativ data."

Ett alternativ är att istället använda optisk kommunikationsteknik, men ljusvågor kommer bara att färdas korta sträckor under vattnet innan de absorberas. Optiska sensorer är också mycket beroende av pek- och spårningsmekanismer för att säkerställa att de är korrekt orienterade för att skicka och ta emot signaler. Teamet föreslår därför en hybridsensor som kan sända både akustiska och optiska signaler samtidigt. På det här sättet, en datainsamlingsboj på vattenytan kan kommunicera med varje sensor i ett nätverk utspridda under den.

Dock, marin forskning kräver noggranna mätningar från exakta platser, så forskare behöver veta var varje sensor är vid varje given tidpunkt. Teamet använde matematisk modellering för att utveckla en proof-of-concept lokaliseringsteknik.

"Med vår teknik, sensorerna sänder sin mottagna signalstyrkainformation (RSSI) till ytbojen, " säger Saeed. "För ett stort kommunikationsavstånd, sensorerna använder akustiska signaler, men om sensorn är inom nära avstånd från en annan sensor, det kommer att skicka en optisk signal istället."

Flera RSSI-mätningar för varje sensor samlas in av ytbojen. Bojen väger sedan dessa mätningar för att ge företräde åt de mest exakta avläsningarna innan den beräknar var varje sensor är placerad.

Alouinis och Al-Naffouris team föreslår att deras sensorer kommer att kräva en ny energikälla snarare än att förlita sig på kortvarig batterikraft. De föreställer sig ett energiskördande system som driver bränsleceller med hjälp av mikroskopiska alger eller piezoelektrisk (mekanisk stress) energi.