배터리 없이 음파로 수중 카메라 충전..바다 속 미지의 세계 관측

MIT 연구진, 음파 활용한 압전소자로 카메라 작동.."해양 기후변화 관측 활용"

(지디넷코리아=한세희 과학전문기자)배터리 없이 바다 속을 촬영할 수 있는 수중 카메라가 나왔다. 알려지지 않은 바다 생물을 관찰하거나, 수중 오염이나 기후변화의 영향 등을 관측하는데 활용될 수 있으리란 기대다.

미국 MIT 연구진이 음파를 이용해 전력을 공급할 수 있어 배터리가 필요 없는 수중 카메라를 개발했다. 에너지 소비량이 기존 카메라의 10만 분의 1 수준이지만, 어두운 물 속에서도 컬러 사진을 찍을 수 있고 무선 사진 전송도 가능하다.

이 연구 결과는 26일(현지시간) 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 실렸다.

MIT 연구진이 개발한 배터리 없는 수중 카메라 (사진=MIT, Adam Glanzman)

현재 바다의 95%가 아직 인간에 의해 관측되지 않은 것으로 추정된다. 달이나 화성보다 지구의 바다를 살펴보기가 더 어렵다는 이야기다. 하지만 수중 카메라를 장기간 운용하려면 탐사선에 연결해 관측하거나 재충전을 위해 선박을 따로 보내야 하기 때문에 비용이 많이 든다.

■ 음파 활용한 압전소자로 카메라 작동

MIT 연구진은 음파로 작동하는 카메라를 개발, 이같은 문제를 극복했다. 압전소자를 활용, 물 속 음파에 의해 생기는 기계적 에너지를 전기 에너지로 바꿔 촬영 및 통신 장비를 작동시켰다. 이 카메라는 주변을 지나는 선박이나 해양 생물이 일으키는 음파 등 주변에서 발생하는 음파를 활용할 수 있다.

또 저가의 흑백 이미지 센서와 적록청 LED를 활용해 빛이 거의 들지 않는 바다 속에서도 컬러 이미지를 포착할 수 있게 했다. 카메라가 촬영할 때 적색과 녹색, 청색 LED가 번갈아가며 켜진다. 촬영된 이미지의 흰색 영역엔 이들 삼원색 색상이 반사되며, 이를 바탕으로 후처리를 통해 천연색 이미지를 얻을 수 있다. LED를 이용한 수중 플래시를 만든 것이다.

포착된 이미지는 0과 1의 비트로 인코딩돼 수중 후방 산란이라는 과정을 거쳐 수신기로 전달된다. 후방 산란은 방사된 신호를 반사해 정보를 전달하는 기술로, 무선 신호 생성에 전력을 소모하지 않기 때문에 저전력 통신이 가능하다.

수신기는 음파를 물 속을 거쳐 카메라에 전달한다. 카메라는 신호를 수신기로 반사하거나 흡수하고, 함께 설치된 수중 청음기가 신호 감지 여부에 따라 신호를 1과 0 비트로 분류한다. 이 이진법 데이터가 이미지 재구성에 활용된다. 카메라는 수신기에서 40m까지 데이터를 전송했다.

■ 바다의 95%는 미지의 세계...기후변화 따른 해양 생태계 변화 관측 가능

이 카메라로 수 주 이상 바다 속에서 주변을 촬영한 후 회수해 이미지를 분석할 수 있다. 연구진은 물 속의 플라스틱 병이나 불가사리의 결절 등을 또렷이 찍는데 성공했다. 어두운 바다 속에서 수중 식물이 성장하는 과정도 관찰했다.

파델 아딥 MIT 교수는 "과학계가 기후 변화 모델을 만들고 있지만, (관측되지 않은) 바다의 95% 영역의 데이터를 반영할 수 없다"라며 "이 카메라로 얻은 데이터로 보다 정확한 기후 모델을 만들고, 기후 변화가 수중 생태계에 미치는 영향을 더 잘 이해할 수 있을 것"이라고 말했다.

향후 연구진은 카메라의 메모리를 늘여 동영상 촬영을 가능하게 하고, 데이터 전송 범위도 넓히는 연구를 진행할 계획이다.

한세희 과학전문기자(hahn@zdnet.co.kr)