Dünya yüzeyinin yaklaşık yüzde 70’i su ile kaplıdır. Buna karşın, okyanusların ve denizlerin yalnızca küçük bir bölümü haritalandırılmıştır. Bunun nedeni ise su altı görüntülemede fiziksel engellerin bulunmasıdır. Su altı görüntülemede ses dalgalarının ya da elektromanyetik dalgaların kullanılması istenen sonucu vermemektedir. Stanford Üniversitesi araştırmacıları tarafından geliştirilen fotoakustik sonar sistemi ise bu soruna çözüm sunmaktadır. Bu yazımızda fotoakustik sonar sistemini inceledik.
İçindekiler
Ses Dalgaları ile Su Altı Görüntüleme
Günümüzde, ses dalgaları ile su altı görüntülemede geleneksel sonar sistemleri kullanılmaktadır. Geleneksel sonar sistemleri aracılığıyla, yüzlerce metre derinlikteki cisimler belirlenebilir. Ancak geleneksel sonar sistemleri yüksek enerji gerektiren pahalı sistemlerdir. Bu nedenle, geleneksel sonar sistemlerine alternatif olarak, hava sonar sistemlerinin geliştirilmesi gündeme gelmiştir. Ancak bu sistemler oldukça verimsizdir. Çünkü ses dalgalarının havadan suya geçişi sırasında enerjinin yüzde 99’u kaybolmaktadır. Enerji kaybının büyük çoğunluğu suya geçiş sırasında meydana gelen yansımadan kaynaklanmaktadır.
Ses dalgaları yardımıyla görüntüleme yapan bir hava aracının çalışması baz alınırsa; ses dalgaları öncelikle suya girer, sonrasında cisimlere ve deniz tabanına çarparak yansır. Cisimlerden ve deniz tabanından yansıyan ses dalgaları, sudan çıkarak hava aracına döner. Dolayısıyla böyle bir sistem, su yüzeyinden kaynaklanan enerji kaybına iki kez maruz kalır.
Elektromanyetik Radyasyon ile Su Altı Görüntüleme
Su altı görüntülemede kullanılan elektromanyetik radyasyon temelli (radyo dalgaları, lazer ışınları) sistemler de benzer şekilde enerji kaybına uğramaktadır. Bununla birlikte, elektromanyetik radyasyon temelli sistemlerde enerji kaybı farklı şekilde gerçekleşmektedir. Enerjinin bir kısmı, ses dalgalarına benzer şekilde su yüzeyinden yansıyarak kaybolur. Ancak enerjinin büyük bölümü su tarafından soğurulur. Güneş ışığının, okyanusların ve denizlerin derin bölgelerine ulaşamaması da bu soğurulmanın bir sonucudur. Dolayısıyla, LiDAR gibi elektromanyetik radyasyon temelli sistemler aracılığıyla su altı görüntülemesi yapmak oldukça verimsizdir.
Fotoakustik Sonar Sistemi Nedir?
Fotoakustik sonar sistemi, ses dalgalarının ve elektromanyetik radyasyonun birlikte kullanılmasıyla oluşturulan bir görüntüleme sistemidir. İki dalga formunun da iyi yönlerinden yararlanılarak, optimum bir görüntüleme sistemi oluşturulmuştur. Fotoakustik sonar sistemi, fotoakustik etki olarak adlandırılan bir prensibe dayanarak çalışmaktadır. Işık, bir malzeme tarafından soğurulduğunda, malzeme çevresinde ses dalgaları oluşmaktadır. Bu olay, fotoakustik etki olarak adlandırılmaktadır. Fotoakustik etki, birçok uygulamada kullanılmaktadır.
Fotoakustik Sonar Sistemi Nasıl Çalışır?
Fotoakustik sonar sisteminin, helikopter veya drone gibi hava araçlarında kullanılması planlanmaktadır. Aşağıdaki şekil üzerinden sistemin çalışma mantığını inceleyelim:
- Hava aracından yollanan lazer ışını, su tarafından soğurulur ve su yüzeyinin altında ses dalgaları oluşur.
- Ses dalgaları su altındaki cisimlere çarparak su yüzeyine döner.
- Ses dalgaları su yüzeyinden, havaya geçiş yapar.
- Ses dalgaları havada yayılır.
- Ses dalgaları hava aracında bulunan transdüserler tarafından algılanır.
Transdüserler tarafından algılanan ses dalgaları, elektronik sinyallere dönüştürülür. Sonrasında bu elektronik sinyaller, yazılımlar aracılığıyla bir araya getirilir. Bu işlem sonucunda su altındaki nesnelerin 3 boyutlu görüntüleri oluşturulur.
Bununla birlikte, fotoakustik sonar sisteminde de kayıp enerji bulunmaktadır. Örneğin; ses dalgaları su yüzeyinden havaya geçiş yaparken (3. adım) enerjinin büyük bir bölümü kaybolur. Ancak ses dalgaları suyun altında oluşturulduğundan, hava sonar sistemlerinde olduğu gibi iki kez enerji kaybı yaşanmaz.
Fotoakustik Sonar Sisteminin Geleceği
Stanford Üniversitesi tarafından geliştirilen fotoakustik sonar sistemi henüz gerçek hayatta denenmemiştir. Sistem üzerindeki çalışmalar laboratuvar ortamında devam etmektedir. Laboratuvar ortamında bir su tankında yapılan denemelerde, çeşitli cisimlerin 3 boyutlu görüntüleri başarıyla oluşturulmuştur.
Bununla birlikte, laboratuvar ortamında yapılan deneyler ideal şartlar altında gerçekleştirilmektedir. Dolayısıyla, sistemin dalgalı veya rüzgarlı açık deniz şartları altında nasıl performans göstereceği henüz bilinmemektedir. Bir sonraki aşama olarak sistemin daha geniş bir su tankında denenmesi, son aşama olarak da testlerin açık deniz ortamında gerçekleştirilmesi planlanmaktadır.
