Není tajemstvím, že satelitní GPS navigace, jinak velmi užitečná, má své slabiny. Na některá místa rádiový GPS signál nepronikne a zároveň ho mohou rušit protivníci, pokud by došlo na konflikt. Jedním z prostředí, v němž se tyto problémy střetávají a představují závažnou komplikaci, je i podvodní svět. Operují tam potápěči, ponorky a stále častěji i rozmanité podvodní drony a roboti, kteří potřebují nějakou navigaci, ale na GPS se nemohou spolehnout.
Vědci po celém světě se snaží tento problém řešit, přičemž se vynořují pozoruhodné technologie. Výzkumný tým americké University of Illinois Urbana-Champaign, který vede Viktor Gruev, vyvíjí zcela nový navigační systém, založený na analýze polarizace slunečního záření ve vodě.
Sluneční záření sice nepronikne do větších hloubek, stále se ale dostane mnohem hlouběji než rádiové vlny. Vtip je v tom, že zatímco v ovzduší se sluneční paprsky pohybují různými směry, ve vodě dojde k jejich polarizaci a záření se pohybuje podél jediné roviny. Směr ("šíření") kmitů slunečního záření je pak daný především úhlem záření vůči vodní hladině, který zase vyplývá ze dne v roce, času během dne, a také z geografické polohy daného místa.
Gruev a spol. to chtějí využít k navigaci. Během výzkumu pořídili asi 10 milionů snímků podvodní kamerou, vybavenou speciální optikou. Tímto způsobem získali představu o polarizaci světla ve vodě, na čtyřech vybraných podvodních lokalitách. Šlo o sladkovodní jezero v Illinois, pobřežní vody u Florida Keys, záliv u Tampy na Floridě a evropské jezero v Severní Makedonii.
Snímky byly pořízeny v rozmanitých podmínkách, včetně různé průhledné vody, různé hloubky, v různých dnech během roku i v různých časech během dne. Pak, jak je v dnešní době zvykem, tenhle obrovský soubor dat, na který by lidský badatel zíral nejspíš celý život, předhodili umělé inteligenci, aby odhalila souvislosti změn polarizace záření ve vodě.
Na těchto snímcích vycvičená inteligence byla poté schopna určit geografickou polohu místa, kde byl pořízený podvodní snímek, když znala polarizaci světla, datum a hodinu. Nový systém je momentálně přesný jen asi na 40-50 kilometrů, ale jeho tvůrci věří ve značné možnosti pro zlepšení. Pevně daným omezením je hloubka cca 300 metrů, protože hlouběji už sluneční záření neproniká. I to je ale mnohem lepší než v případě GPS.
Video: Viktor Gruev on promotion, his research, and making an impact
Literatura
Kvantový kompas nabízí navigaci bez satelitů
Autor: Stanislav Mihulka (11.11.2018)
Malý, přesný a levný gyroskop umožní praktickou navigaci bez GPS
Autor: Stanislav Mihulka (31.03.2020)
Převratná mionová navigace uspěla v prvním testu
Autor: Stanislav Mihulka (20.06.2023)
Diskuze:
Polarizacia je smer kmitania, nie smer sirenia svetla.
Radoslav Pořízek,2023-07-13 11:12:59
"Vtip je v tom, že zatímco v ovzduší se sluneční paprsky pohybují různými směry, ve vodě dojde k jejich polarizaci a záření se pohybuje podél jediné roviny."
Ach ten google translator. A pritom sa stacilo zamysliet, ze predsa ked ponorime napriklad do bazena, tak v ziadnom smere nevidime tmu = svetlo sa pohybuje vsetkymi smermi aj vo vode.
Nejde o smer pohybu, ale o smer kmitania elektromagnetickych vln - svetla.
Stupen polarizacie svetla je zavisly od uhla dopadu. Teoreticky nou teda mozme zmerat uhol, pod ktorym vidime Slnko pri orientacii sever-juh a vychod-zapad, cim pri znalosti presneho casu mozme urcit zemepisnu sirku a dlzku, teda svoju polohu. Tak ako to kedysi robili namornici.
Kedze na povrchu su vlny, ktore rozostrujumu meranie tohto uhlu, nepride mi, ze by sa presnot 50km dala zlepsovat. Skor ma prekvapuje, ze bola vobec dosiahnuta. A teda ci bola vobec dosiahnuta, kedze mozne polohy boli iba zo styroch lokalit a pri sladkovodnych jazerach slo pri 50km presnosti asi iba o urcenie lokality, nie o urcenie polohy vramci lokality.
Standartne nasleduje uz rozpravka o tom, ako vsetko zazracne vyriesila umela intelignecia. Tak v prvom rade niekto nedostane len tak grant, aby vycvakal 10 milionov snimok na specialnej aparature pod vodou. Takze poznali model a vedeli o tom, ze by to malo ist davno predtym, nez umela inteligencia zacala vyhodnocovat prvy snimok.
Intenzia polarizovaneho svetla v roznych polarizacnych rovinach a roznych smeroch sa da na 10 milionov snimkach pri znamom modeli skumat aj statisticky. Zbytocne tam fabuluju, ze by to manualne musel prezerat clovek cely zivot. Bud im teda ten model nevysiel dobre, alebo ho len skryvaju za popularnejsiu umelu inteligenciu.
Prakticke vyuzitie je podla mna zatial v nedohladne.
300 metrova hlbka nie je az taky zavazny limit. Horsie je to z 50 km presnostou. Okrem vojenskych ponoriek ma nenapada bezny pripad, ked sa ponorka od miesta ponoru vzdiali na viac ako 50 km. Vojenske ponorky maju ale neporovnatelne presnejsiu navigaciu.
Ale vedecky mi pride napad "podvodneho sextantu" na urcovanie polohy celkom zaujimavy...
Re: Polarizacia je smer kmitania, nie smer sirenia svetla.
Florian Stanislav,2023-07-13 13:15:27
>> R. Pořízek
" v ovzduší se sluneční paprsky pohybují různými směry, ve vodě dojde k jejich polarizaci a záření se pohybuje podél jediné roviny."
Ano, jde o směr kmitání vektorů E a B, ale nemyslím, že je třeba tak ostrý komentář, řádné vysvětlení je celý odstavec.
Nehledě na to, že v ovzduší se světlo pohybuje různými směry ( třeba odraz od mraků, jinak bychom mraky ani neviděli).
Pokud si vzpomínám na skripta z fyziky, tak světlo je elektromagnetické vlnění, vektory E a B jsou k sobě kolmé a oba jsou kolmé ke směru šíření světla. Oba vektory jsou pravotočivé a byl k tomu i obrázek jak se směr kmitání vektorů postupně otáčí, čímž vzniká to, že při pohledu proti směru pohybu světla kmitají vektory paprsčitě ve věch směrech ( rovinách kolmých ke směru šíření světla.). Lineárně polarizované světlo kmitá jen v jedné rovině.
Osvědčený J. Reichel
http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/360-vlastnosti-elektromagnetickeho-vlneni
"Elektromagnetické vlnění je popsané vektory E ( elektrický) a B ( magnetický). Jejich směr není pevně dán, ale v každém okamžiku jsou na sebe navzájem kolmé a navíc jsou oba kolmé na směr šíření vlnění. Oba vektory a mohou měnit svojí velikost, mohou se otáčet, … ale vždy musí být splněny podmínky na vzájemnou kolmost a kolmost na směr šíření vlny."
https://e-manuel.cz/kapitoly/vlnova-optika/vyklad/polarizace-svetelnych-vln/
Klasický obrázek jak vektor elektrického pole je kolmý k vektoru magnetického pole a oba jsou kolmé ke směru šíření je hezký. Ale podstatné je to, že tyto vektory mohou rotovat. Pak je zřejmý jev lineární polarizace.
https://e-manuel.cz/wp-content/uploads/2022/09/24_51.jpg
A k udělování grantů- už jsem si zvykl, že tomu tady rozumí každý.
Re: Re: Polarizacia je smer kmitania, nie smer sirenia svetla.
Radoslav Pořízek,2023-07-13 21:52:33
Neslo mi o konfrontaciu, ale o to, aby to niekoho nesplietlo, ze ako sa svetlo moze sirit vo vode len podel jedine roviny.
Priznam sa, ze som nepochopil, ze ci a v com so mnou nesuhlasite. Ak v niecom vidite rozpor, treba sa vyjadrit konkretne. Samozrejme ze aj vo vzduchu sa svetlo pohybuje vsetkymi smermi.
Elektromagneticke vlnenie je riesenim Maxwelovych rovnic bez nabojov a prudov s vami popisovanymi vlastnostami, teda bud s linearnou, kruhovou alebo eliptickou polarizaciou. Ak zanedbame Slnecne skvrny, Slnko nema vyznacny smer, a teda kazdy foton je polarizovany v nahodnom smere (a faze). Takyto nahodny mix nazyvame nepolarizovane svetlo.
Pri prechode atmosferou sa svetlo spolarizuje iba ciastocne, viacej nie nez ano. Ale lame sa to pri prechode do vody, kedy miera polarizacie zavisi od uhla dopadu a od nejakej hranice dochadza dokonca k uplnej polarizacii. Z miery polarizacie by sa teda mohol dat zrekonstruovat uhol dopadu - a to by uz mohol byt "sextant".
Zabudnime na granty. Skratka chcel som len povedat, ze to sa cloveku len tak neprisnije v noci, ze ponori superdrahy pristroj do vody a spravi nim 10 milionov fotografii. Za bol nejaky dovod... ...a mozno aj podobny ako som tu opisal ja.
300m a není to málo Antone Pavloviči?
Mintaka Earthian,2023-07-13 09:03:36
Myšlenka pěkná, ale s ohledem na to, co se ve vodě a na mořském dně chystá, trochu nedostačující.
To nemáme signál, který by mohly vysílat satelity a pozemní stanice, který by procházel vodou?
IMHO: miony mají větší potenciál https://www.osel.cz/12943-prevratna-mionova-navigace-uspela-v-prvnim-testu.html
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
