Учёные из США нашли способ подводной навигации без GPS с помощью поляризованного солнечного света
Солнечный свет, проходящий сквозь толщу воды, может стать ключом к решению давней проблемы навигации в подводном мире. Исследователи из Университета штата Иллинойс Урбана-Шампейн представили технологию, которая позволяет определять географические координаты на глубине до 300 метров, анализируя не радиосигналы, а модели поляризации света. Этот подход способен кардинально изменить возможности подводных исследований, логистики и обороны, обойдя главное ограничение современных спутниковых систем.
Почему GPS не работает под водой: физическое ограничение
Спутниковая навигация, лежащая в основе большинства наземных сервисов, использует радиоволны. Однако вода является для них крайне агрессивной средой: уже на небольшой глубине сигнал затухает практически полностью. Это делает классические методы позиционирования бесполезными для дайверов, батискафов или подводных дронов. Солнечный свет, в отличие от радиоволн, проникает значительно глубже, но при этом его поведение в воде меняется — он поляризуется. Направление этой поляризации зависит от угла падения лучей, который, в свою очередь, определяется географической широтой, временем суток и календарной датой.
Нейросеть против хаоса: как обучали систему
Чтобы превратить хаотичную картину подводного освещения в точный навигационный инструмент, команде потребовался массив из около 10 миллионов снимков. Специализированная камера с поляризационной оптикой работала в нескольких географических точках — как в США, так и в водоемах Северной Македонии. Съемка велась в разное время, на разных глубинах и при различной прозрачности воды. Полученные данные использовались для тренировки нейросети, задача которой заключалась в поиске предсказуемых закономерностей в поляризации света.
Текущая точность и перспективы развития
На данный момент алгоритм способен определить местоположение с погрешностью от 40 до 50 километров. Для масштабов океана это сопоставимо с грубой привязкой к региону, но не с точной навигацией. Однако авторы подчеркивают, что технология находится на ранней стадии развития. По мере накопления данных и совершенствования архитектуры нейросети точность будет расти экспоненциально. Система уже работает на глубине до 300 метров — это предел, ниже которого солнечный свет практически отсутствует.
Универсальность метода также впечатляет: он применим как в чистых водах открытого океана, так и в мутных или пресных водоемах. Съемка возможна в любое время суток. Результаты работы опубликованы в научном журнале eLight.
Ранее попытки создать подводную навигацию сводились либо к использованию акустических маяков (дорогих и привязанных к конкретной акватории), либо к инерциальным системам, ошибка которых накапливается со временем. Новая методика лишена этих недостатков, так как использует естественный и повсеместный источник информации — солнечный свет.
Разработка открывает широкие перспективы для автоматизации подводных работ. Беспилотные аппараты для инспекции трубопроводов, поиска затонувших объектов или экологического мониторинга смогут получать данные о координатах без всплытия на поверхность. Для военных целей это означает возможность скрытного позиционирования субмарин без риска обнаружения по радиосигналу. Однако до внедрения технологии в коммерческие или оборонные системы потребуется еще несколько лет исследований и повышение устойчивости алгоритмов к изменению погоды и мутности воды.
