फ्लोरिडा विश्वविद्यालय की एक टीम ने हाल ही में घोषणा की कि उन्होंने ब्लूएमई नामक एक नई पानी के नीचे संचार प्रणाली विकसित की है, जिससे स्वायत्त पानी के नीचे रोबोट के एक-दूसरे के साथ और सतह पर लोगों के साथ संवाद करने के तरीके में क्रांतिकारी बदलाव आने की उम्मीद है। शोधकर्ताओं ने कहा कि यह तकनीक शरीर में वायरलेस इम्प्लांटेबल उपकरणों पर उनके वर्षों के शोध से उत्पन्न हुई है। विचार यह है कि मानव शरीर के "हल्के खारे पानी के वातावरण" में विद्युत चुम्बकीय प्रसार अनुभव को समुद्र जैसे समान माध्यम में स्थानांतरित किया जाए।
वर्तमान में, पारंपरिक पानी के भीतर संचार विधियों की अपनी सीमाएँ हैं। पानी के अंदर रेडियो तरंगों का बहुत कम उपयोग होता है, जहां नियमित वायरलेस सिग्नल खारे पानी में लगभग 1 से 10 डेसिबल प्रति मीटर तक क्षीण हो जाते हैं, अक्सर केवल कुछ फीट की दूरी पर। यद्यपि ध्वनिक संचार लंबी दूरी तक संचरण प्राप्त कर सकता है, यह डॉपलर आवृत्ति बदलाव और मल्टीपाथ हस्तक्षेप जैसे कारकों से प्रभावित होगा, और समुद्री जीवन को शोर से नुकसान भी हो सकता है। आदर्श परिस्थितियों में ऑप्टिकल सिस्टम में अत्यधिक उच्च बैंडविड्थ होती है, लेकिन इसके लिए सीधी दृष्टि की आवश्यकता होती है। एक बार जब पानी गंदला हो जाता है या जैविक आसंजन के कारण ऑप्टिकल विंडो ख़राब हो जाती है, तो प्रदर्शन बहुत कम हो जाएगा। कुल मिलाकर, अधिकांश पानी के नीचे के रोबोट अब या तो केवल बहुत ही कम स्थिति वाले "हार्टबीट पैकेट" भेज सकते हैं, या उन्हें मिशन डेटा अपलोड करने के लिए नियमित रूप से सतह पर आना होगा, जो उनकी वास्तविक समय की स्वायत्तता क्षमताओं को गंभीर रूप से सीमित कर देता है।
ब्लूएमई प्रणाली इन बाधाओं को दूर करने के लिए डिज़ाइन की गई है। सिस्टम एक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक (एमई) एंटीना का उपयोग करता है ताकि स्वायत्त पानी के नीचे के वाहनों (एयूवी) को केवल 10 वाट बिजली की खपत करते हुए 730 मीटर तक डेटा संचार प्राप्त करने की अनुमति मिल सके, जो एक घरेलू एलईडी लाइट बल्ब से कम है। अनुसंधान टीम के अनुसार, मीठे पानी के वातावरण में, ब्लूएमई केवल 1 वाट बिजली के साथ 200 मीटर की दूरी पर स्थिर संचार बनाए रख सकता है, और खारे पानी के वातावरण में, यह 10 वाट से कम के साथ 730 मीटर पर सिग्नल का पता लगा सकता है, और पानी की गंदगी, बाधाओं या मल्टीपाथ हस्तक्षेप से प्रभावित नहीं होता है।
इस प्रणाली का मुख्य नवाचार मैग्नेटोइलेक्ट्रिक एंटीना बनाने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्रियों के साथ मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्रियों को जोड़ना है। विशेष रूप से, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र मेटग्लास नामक मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव परत को विकृत करता है, और यह यांत्रिक विरूपण वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए आसन्न पीजेडटी पीजोइलेक्ट्रिक परत को प्रेरित करता है; रिवर्स ऑपरेशन सिग्नल उत्सर्जन को पूरा कर सकता है। इस इलेक्ट्रोमैकेनिकल कपलिंग डिज़ाइन के लिए धन्यवाद, एंटीना पारंपरिक समान-आवृत्ति विद्युत एंटेना की तुलना में बहुत छोटा होने के साथ-साथ लगभग 35 से 36 kHz के बहुत कम आवृत्ति बैंड में काम कर सकता है।
संपूर्ण ब्लूएमई प्रणाली में 3×5 सरणी में इनमें से 15 एंटेना शामिल हैं, जो गहरे पानी के वातावरण में पाए जाने वाले विशाल हाइड्रोस्टेटिक दबाव को संतुलित करने के लिए एक तेल-मुआवजा वाले जलरोधी आवास में रखे गए हैं। दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने पाया कि पानी में प्रवेश करने के बाद इस मैग्नेटोइलेक्ट्रिक एंटीना के प्रदर्शन में सुधार हुआ: 36 किलोहर्ट्ज़ पर, सिग्नल तरंग दैर्ध्य हवा में लगभग 8,327 मीटर थी, लेकिन ताजे पानी में लगभग 170 मीटर तक संकुचित हो गई, जिससे छोटे एंटीना की विकिरण दक्षता में काफी सुधार हुआ। एकाधिक एंटेना का संयुक्त संचरण एकल एंटीना की तुलना में विकिरणित शक्ति को लगभग 225 गुना बढ़ा देता है। मिलान प्राप्त करने वाले सरणी के साथ युग्मित, सैद्धांतिक लिंक लाभ लगभग 119 डेसिबल तक पहुंच सकता है।
इस परियोजना का नेतृत्व संयुक्त रूप से एडम खलीफा और एमडी जाहिदुल इस्लाम ने किया है, और शोध परिणामों को आईईईई ट्रांजेक्शन्स ऑन ओशन इंजीनियरिंग द्वारा स्वीकार कर लिया गया है। खलीफा, जो लंबे समय से माइक्रो-वायरलेस इम्प्लांटेबल उपकरणों के डिजाइन में लगे हुए हैं, ने याद किया कि एक दिन उन्हें अचानक मानव शरीर और समुद्र के भौतिक गुणों में समानता का एहसास हुआ: "हमारे शरीर मूल रूप से हल्के खारे पानी से बने हैं, जिसने हमें समुद्र संचार के बारे में पूरी तरह से अलग तरीके से सोचना शुरू कर दिया।"
खुले जल परीक्षण में, टीम ने विभिन्न जल स्थितियों के तहत प्रणाली के प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए गेन्सविले, फ्लोरिडा में वारबर्ग झील (मीठे पानी) और फ्लोरिडा खाड़ी तट (खारे पानी) में क्षेत्रीय परीक्षण किए। प्रयोगों से पता चलता है कि ब्लूएमई जल निकाय की गंदगी या बाधाओं या मल्टीपाथ प्रतिबिंबों की उपस्थिति की परवाह किए बिना एक स्थिर लिंक बनाए रख सकता है, जो जटिल अपतटीय वातावरण में पानी के नीचे के संचालन के लिए व्यावहारिक महत्व है।
डेटा दरों के संदर्भ में, BlueME वर्तमान में लगभग 1 Kb/s से 100 Kb/s तक का ट्रांसमिशन प्राप्त करता है, जो कि गीगाबिट गति से काफी कम है जिसे ऑप्टिकल सिस्टम आदर्श परिस्थितियों में प्राप्त कर सकते हैं। हालाँकि, अनुसंधान टीम ने इस बात पर जोर दिया कि शुरुआत से ही सिस्टम का डिज़ाइन लक्ष्य अत्यधिक उच्च बैंडविड्थ को आगे बढ़ाना नहीं था, बल्कि कम बिजली की खपत, लंबी दूरी, स्थिरता और पर्यावरण पर कम प्रभाव के साथ एक द्विदिश लिंक प्राप्त करना था। "यह कल्पना करने योग्य है कि रोबोट आपको हर 10 मिनट में कार्य की प्रगति की रिपोर्ट देता है, और ऑपरेटर इसके आधार पर वास्तविक समय में कार्य का आकलन और समायोजन कर सकता है, जो पानी के नीचे के संचालन के लचीलेपन में सुधार करने के लिए काफी महत्वपूर्ण है।" इस्लाम ने कहा.
पेपर के लेखक ने बताया कि यह पहली बार है कि एक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक एंटीना को बाहरी वातावरण में व्यावहारिक स्तर पर तैनात किया गया है, और यह आज तक के सबसे बड़े वीएलएफ/एलएफ मैग्नेटोइलेक्ट्रिक एंटीना सरणियों में से एक है। टीम ने अब एक अनंतिम पेटेंट आवेदन जमा कर दिया है और हार्डवेयर को बेहतर बनाने और पूर्ण पैमाने पर स्वायत्त पानी के नीचे वाहन प्लेटफॉर्म पर अतिरिक्त यात्रा परीक्षण करने के लिए और धन की मांग कर रही है। अपेक्षित भविष्य के अनुप्रयोगों में सहयोगी गठन नेविगेशन, समुद्री इलाके का मानचित्रण और वास्तविक समय स्थिति जैसे प्रमुख परिदृश्य शामिल हैं।
"हमने बहुत सीमित प्रारंभिक संसाधनों के साथ वर्तमान परिणाम हासिल किए हैं।" खलीफा ने इस बात पर जोर दिया कि यदि भविष्य में विशेष इंजीनियरिंग निवेश प्राप्त किया जा सकता है और बड़े पैमाने पर तैनाती हासिल की जा सकती है, तो इस मंच की क्षमता वर्तमान में प्रदर्शित क्षमताओं से कहीं अधिक होगी। इस्लाम ने वर्तमान चरण को "महान क्षमता वाले उत्पाद का एक बहुत ही प्रारंभिक काल" के रूप में वर्णित किया है, यह सुझाव देते हुए कि ब्लूएमई के पास अभी भी पानी के नीचे संचार और यहां तक कि समुद्री रोबोट के अनुप्रयोग क्षेत्र में बड़ी कल्पना है।