光学Wi-Fi可实现超快的水下通信

机器人将调制解调器降低到水底。图片来源：EPFL阿兰·赫尔佐格（Alain Herzog）

EPFL衍生公司Hydromea开发了一种微型光学调制解调器，该调制解调器可以在海面以下6,000米以下运行。它足够灵敏，可以从50多米远的地方以极高的速度收集数据。

如果你想在水下使用联网设备，你没有太多选择。无线电波的工作并不好，它们很容易被水吸收，这意味着它们移动距离不能超过一米。许多传感器只提供有线连接，但这往往是不现实的，因为你必须把这些设备从水中移开才能恢复它们的数据。使用声音通信，又慢和又不可靠。当涉及到水下建设、检查、监控和维修活动时，如在海上能源领域，这些都是有效沟通的重大障碍。湖沼学研究是受此问题影响的另一个领域。

但是，Hydromea的工程师提出了一个解决方案：使用光在海洋或湖泊表面以下传输数据。他们开发了一种称为LUMA的水下调制解调器，该调制解调器通过快速闪烁的蓝光进行通信。调制解调器将数据转换为它发出的光脉冲，或者反过来，将接收到的光脉冲转换为数据，全都在眨眼之间。Hydromea的首席运营官Alexander Bahr说：“我们的光调制解调器可为您提供快速的水下无线连接。”

蓝光——透明带很小

“我们之所以选择蓝光，是因为尽管电磁波通常不透明，但是对于蓝光和绿光来说，透明带很小。这就是让我们的系统能够长距离发送和接收数据的原因，”该公司CTO Felix Schill说。尽管水很容易吸收大多数波，尤其是红外波，但是只有蓝色和绿色的光可以穿过其中。太阳的红色和黄色光波仅在几米内被吸收。

开发LUMA的最难的部分是确保它可以在足够长的距离内发送数据并在各种条件下可靠地工作。“因为光线在水下的扩散速度非常快，所以很难找到一种在50或100米的距离内发送通讯的方法，” Schill说。“我们花了很长时间开发出足够灵敏的接收器，即使在很远的地方也能捕获微小的光脉冲。”

图：LUMA水下光学调制解调器与蓝光通信

工作深度

LUMA的设计工作深度可达6,000米。它是一个完全包含在塑料外壳中的单元，该外壳完全用透明塑料包裹，因此在极端水压下不会塌陷。该系统已经在德国Alfred Wegener极地和海洋研究学院的科学家在海拔4280米的太平洋上进行了测试。那是Bahr和Schill开始合作的第一家研究所。Bahr说：“后来，有近海公司与我们联系，这些公司对我们的技术感兴趣，这些技术用于铺设水下管道或为海上风电场建立基础。”

Vidy的LéXPLORE平台。图片来源：EPFL阿兰·赫尔佐格

Bahr和Schill于2004年在澳大利亚读书时就开始研究水下Wi-Fi系统。他们充实了多年设计的细节，并在EPFL的博士后工作中完成了定稿。今天，他们仍然与学校合作。例如，他们正在帮助LéXPLORE开发机器人和通信系统，LéXPLORE是位于日内瓦湖沿岸的整洁的Pully Vidy研究平台。

在那里，林学家正在使用LUMA定期检查水下收集的数据，并确保测量仪器正常工作，因为传感器需要一次在水下停留数月。一个调制解调器安装在数据记录器上，该调制解调器从水下传感器收集科学数据，另一个调制解调器安装在海底机器人上，该机器人潜入传感器所在的位置并立即收集传感器的数据。Bahr说：“LéXPLORE科学家向我们提供了有关其特定需求的反馈，这有助于我们进一步提高调制解调器的性能。”