水下無(wú)人機(jī)很快可能能夠以閃電般的速度傳輸數(shù)據(jù)——但前提是接收器就在附近。

去年十一月，總部位于日本京都的電子制造商京瓷展示了一種新的光學(xué)水下通信技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示短距離傳輸速率可達(dá)5.2吉比特每秒。公司正在推廣這項(xiàng)新的光學(xué)傳輸技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)海底工地結(jié)構(gòu)損壞的更快檢查——這一應(yīng)用需要在海底環(huán)境中處理和傳輸大量數(shù)據(jù)。

例如，水下檢查無(wú)人機(jī)如今經(jīng)常用于采集油氣管道、海底電纜或通信電纜及其他水下結(jié)構(gòu)的影像。但無(wú)人機(jī)沒(méi)有實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)單的方式通過(guò)水中發(fā)送大量數(shù)據(jù)信號(hào)，除非無(wú)人機(jī)被電線連接。

但也許借助京瓷開(kāi)發(fā)的技術(shù)，水下無(wú)人機(jī)未來(lái)可能會(huì)收集并存儲(chǔ)影像，然后停靠在海底固定的水下站點(diǎn)，無(wú)線卸載硬盤(pán)。從那里，數(shù)據(jù)站可以通過(guò)電纜將其大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁?biāo)或地面上的船只，或地面站點(diǎn)。

京瓷將于下月在拉斯維加斯舉辦的2026年消費(fèi)電子展——全球消費(fèi)科技領(lǐng)域最大的展會(huì)上展示這項(xiàng)新技術(shù) 。

為什么激光在水下能勝過(guò)聲音

如今水下傳輸數(shù)據(jù)通常采用1980年代的調(diào)制解調(diào)器速度。例如，現(xiàn)有的水下聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器能夠傳輸和接收數(shù)十公里的信號(hào)——盡管僅以幾千比特每秒的微弱比特率。

與之對(duì)比的是水下無(wú)線光通信（UWOC）。據(jù)京瓷稱(chēng)，去年八月的離岸測(cè)試中，研究人員對(duì)距離15厘米的接收器實(shí)現(xiàn)了0.75 Gbps的吞吐量——這是UWOC全球紀(jì)錄。

因此，京瓷研究人員目前正在開(kāi)發(fā)一個(gè)1 Gbps的UWOC原型，并計(jì)劃在2027年推出2 Gbps的商業(yè)版本。

澳大利亞墨爾本大學(xué)工程與信息技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)安帕拉瓦納皮萊·尼爾馬拉塔斯表示，研究人員必須克服多項(xiàng)挑戰(zhàn)。

“他們需要改進(jìn)光學(xué)光束質(zhì)量，使其聚焦緊密且發(fā)散度低，從而在水下變化的條件下能傳播更遠(yuǎn)而不被散射，”他說(shuō)。“他們還必須確保系統(tǒng)能夠在海洋環(huán)境中維持高速運(yùn)行，盡管實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)超過(guò)了這一基準(zhǔn)。”他補(bǔ)充說(shuō)，他們還需要開(kāi)發(fā)“一個(gè)口徑更大、能捕捉更多光線的接收機(jī)，從而幫助將速度推向當(dāng)前750兆比特每秒的極限。”

尼爾馬拉塔斯補(bǔ)充說(shuō)：“人類(lèi)在淺水區(qū)的探索和更深處的自主平臺(tái)，依然是揭示海底世界的必不可少。”他補(bǔ)充說(shuō)，像京江的進(jìn)步將是維持通信和支持下一代水下勘探和應(yīng)用的關(guān)鍵。

從水槽到海洋，但有幾點(diǎn)注意

為了實(shí)現(xiàn)公司實(shí)驗(yàn)室5.2 Gbps的發(fā)現(xiàn)，京陶瓷研究人員優(yōu)化了三個(gè)拼圖環(huán)節(jié)。首先，他們?cè)O(shè)計(jì)了一套藍(lán)光激光系統(tǒng)，每秒脈沖數(shù)千次，將數(shù)據(jù)編碼在爆發(fā)中。其次，他們制造了一個(gè)足夠靈敏的接收器，即使脈沖在海水中散射，也能捕捉到這些脈沖。第三，研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，將數(shù)據(jù)信號(hào)分割成數(shù)十個(gè)細(xì)通道并一次性發(fā)送，從而提升吞吐量。

“這些組件共同實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)千兆數(shù)據(jù)速率的通信，”高級(jí)研究組成員戶(hù)枝義隆表示。

該系統(tǒng)使用藍(lán)色激光代替其他波長(zhǎng)，原因很簡(jiǎn)單：藍(lán)光在水中傳播更遠(yuǎn)，散射較少。這也是為什么潛艇探照燈和深海攝像頭也偏愛(ài)藍(lán)色。京瓷通信系統(tǒng)研發(fā)部門(mén)的研究員木村良太解釋道，京瓷的激光器采用氮化鎵制造，這種半導(dǎo)體材料因其產(chǎn)生藍(lán)色波長(zhǎng)的效率而被選中。

“這讓我們能夠評(píng)估原型機(jī)在各種條件下的穩(wěn)定性和可靠性，”木村說(shuō)。盡管海水中度渾濁，“我們能夠在15厘米到1.5米之間的距離上進(jìn)行通信，”他補(bǔ)充道。“這讓我們對(duì)原型機(jī)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的性能有了清晰的了解。”