L'ambiente sottomarino può apparire all'occhio umano come un blu opaco, spazio senza caratteristiche. Però, un vasto panorama di schemi di polarizzazione appare quando viene visualizzato attraverso una fotocamera progettata per vedere il mondo attraverso gli occhi di molti degli animali che abitano l'acqua.

I ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno sviluppato un metodo GPS subacqueo utilizzando le informazioni di polarizzazione raccolte con una fotocamera di ispirazione biologica che imita gli occhi del gambero di mantide. Le scoperte, pubblicato in Progressi scientifici , sono i primi a dimostrare il GPS subacqueo passivo utilizzando le proprietà di polarizzazione della luce subacquea. Questa tecnologia potrebbe aprire nuove possibilità per la navigazione sottomarina e la comprensione del comportamento migratorio degli animali marini.

La fotocamera, una variazione di un imager di polarizzazione chiamato Mantis Cam dopo il gambero che lo ha ispirato, sfrutta il modo in cui la luce si rifrange, o si piega, quando passa attraverso la superficie dell'acqua e rimbalza da particelle e molecole d'acqua.

"Abbiamo raccolto dati di polarizzazione subacquea da tutto il mondo nel nostro lavoro con i biologi marini e abbiamo notato che i modelli di polarizzazione dell'acqua cambiavano costantemente, " ha detto il leader dello studio Viktor Gruev, un professore dell'Illinois di ingegneria elettrica e informatica e un professore del Carle Illinois College of Medicine. "Questo era in netto contrasto con ciò che pensavano i biologi sulle informazioni sulla polarizzazione subacquea. Pensavano che i modelli fossero il risultato di un malfunzionamento della fotocamera, ma eravamo abbastanza sicuri della nostra tecnologia, quindi sapevo che questo fenomeno meritava ulteriori indagini".

Dopo essere tornato in laboratorio, Gruev e lo studente laureato e coautore Samuel Powell hanno determinato che i modelli di polarizzazione sottomarini sono il risultato della posizione del sole rispetto al luogo in cui sono state raccolte le registrazioni. Hanno scoperto di poter usare i modelli di polarizzazione sott'acqua per stimare la direzione del sole e l'angolo di elevazione, permettendo loro di capire le loro coordinate GPS conoscendo la data e l'ora delle riprese.

"Abbiamo testato il nostro metodo GPS subacqueo accoppiando la nostra fotocamera di ispirazione biologica con una bussola elettronica e un sensore di inclinazione per misurare i dati di polarizzazione sott'acqua in una varietà di siti in tutto il mondo, profondità, condizioni del vento e ore del giorno, " disse Gruev, che è anche affiliato con il Beckman Institute for Advanced Science and Technology presso l'Università dell'Illinois. "Abbiamo scoperto che possiamo localizzare la nostra posizione sul pianeta con una precisione di 61 km".

Questa tecnologia potrebbe aprire nuovi modi a persone e robot per navigare meglio sott'acqua utilizzando segnali visivi dalla luce polarizzata. "Potremmo usare il nostro metodo GPS subacqueo per aiutare a localizzare gli aerei scomparsi, o anche creare una mappa dettagliata del fondale marino, " Ha detto Powell. "Gli sciami di robot dotati dei nostri sensori potrebbero fornire un mezzo a basso costo di telerilevamento subacqueo - sarebbe sicuramente più conveniente rispetto ai metodi attuali".

Questa ricerca potrebbe anche portare a nuove intuizioni sul comportamento migratorio di molte specie marine.

"Animali come tartarughe e anguille, Per esempio, probabilmente usano una sfilza di sensori per navigare le loro rotte migratorie annuali che li portano a migliaia di miglia attraverso gli oceani, " Gruev ha detto. "Quei sensori possono includere una combinazione di magnetici, olfattivi e possibilmente - come suggerisce la nostra ricerca - segnali visivi basati su informazioni di polarizzazione".

Un altro aspetto di questa tecnologia è il suo potenziale per aiutare i ricercatori a capire come l'inquinamento può alterare i percorsi migratori degli animali sensibili alla luce polarizzata.

"È molto probabile che l'aumento degli inquinanti nell'aria e nell'acqua alteri i modelli di polarizzazione sott'acqua, facendo apparire l'ambiente sottomarino diverso da quello che molti animali hanno imparato, " Gruev ha detto. "Il nostro metodo GPS subacqueo può fornire informazioni su come alcuni animali migratori a lunga distanza, come le balene, potrebbe confondersi e finire nei posti sbagliati."

Per esempio, more whales are becoming stranded close to the California shore, where they have never been observed before, Gruev said. "Perhaps pollutions is the indirect culprit for this reason, as it affects the underwater polarization patterns necessary for migratory behavior."