新型 10 瓦天線系統提升水下機器人之間的通信能力

一種全新的天線系統已被設計出來，以改善在混濁或深水環境中，水下機器人之間的通信。佛羅裏達大學的研究人員開發了 BlueME，這是一款緊湊且高效能的磁電天線，能讓自主水下載具（AUVs）在超過 700 米（約 2,296 英尺）的距離內相互傳輸數據。項目負責人 Md Jahidul Islam 博士表示：「效率至關重要。我們設計的基準是保持低功耗，理想情況下低於標準立體攝像系統的能耗，同時保持穩健的通信性能。

我們緊湊且高效能的 BlueME 系統在最大容量下運行時，只需約 10 瓦特的功率。」

該項目的獨特優勢源於其跨學科的領導。Islam 博士是一位海洋機器人研究的資深學者，而他的同事 Adam Khalifa 博士則專注於設計微型無線醫療植入物，這些植入物旨在注入人體組織。水對於無線信號而言是個噩夢，鹽水快速吸收無線電波，這意味著傳統電子設備需要巨大功率或龐大、不切實際的天線才能在水面下傳輸信息。然而，在研究通過肌肉和骨骼傳輸數據的物理過程時，團隊獲得了啟示。

Khalifa 表示：「我花了多年時間設計微型無線植入物，並研究在高導電環境下的高效能電力傳輸。某一時刻，我突然意識到人體內許多相同的物理挑戰也存在於水下。我們的身體實際上是由輕微鹽水組成的。這一認識使我們開始以全新的方式思考海洋通信。」

BlueME 系統在水下通信中的重要性

當前協調的水下無人機任務面臨著巨大的障礙。大多數水下無人機只能交換稀疏、原始的狀態信息。因此，共享複雜的任務數據或接收新指令迫使無人機暫停操作，並游回水面，這既緩慢又極為低效。BlueME 順利填補了這一空白。

BlueME 不是強行透過水傳遞信號，而是利用一系列磁電天線。這些組件以其自身的自然機械共振頻率振動，使其能夠輕鬆發出低頻（VLF）和低頻（LF）電磁信號，這些信號能輕鬆穿透混濁的水面，完全不受障礙物、泥土或淺水混亂的影響。BlueME 系統擁有高效的硬件配置，最大功耗僅為 10 瓦特，低於標準立體攝像系統。儘管其佔用空間極小，但它能在超過 700 米的距離內保持高保真度的機器人之間通信連接。

此外，與其他聲納或激光光學不同，其低頻電磁信號完全不受懸浮泥沙或水下聲學回聲的影響。

儘管目前仍處於開發初期，但團隊對其前景充滿信心。該技術的應用潛力廣泛。海軍艦隊可以部署協作的無人機羣進行危險掃描，而無需將人類暴露於危險之中。離岸能源公司可以自動化深海管道的結構安全檢查。環境科學家可以動態追蹤生態系統中的微妙變化。Islam 博士表示：「想像一下，機器人每 10 分鐘回傳一次任務進展，操作員可以進行實時決策，甚至可能調整任務。」

該團隊已為這項技術提交了臨時專利，目前正積極尋求資金和產業合作夥伴，以擴大原型並將其安裝於商業自主潛艇上。相關研究成果已發表在《IEEE 海洋工程期刊》上。