المستشعرات تحت الماء

يعد نقل وإرسال واستقبال المعلومات لا سلكيًا تحت الماء وعبر المحيطات إحدى ممكنات التكنولوجيا الفائقة، والتي من شأنها تطوير نظم مراقبة المحيطات وشبكات الاستشعار تحت الماء في المستقبل. وتتنوع تطبيقات المستشعرات تحت الماء إذ من الممكن استخدامها في صناعة النفط والاستزراع المائي ومراقبة الملاحة البحرية ومكافحة التلوث البيئي وتسجيل ورصد المناخ والتنبؤ بالاضطرابات الطبيعية وبعثات البحث والمسح البحري ودراسة الحياة البحرية تحت الماء والعديد من التطبيقات الحيوية الهامة الأخرى. واليوم، كل من التكنولوجيا الفائقة وتكنولوجيا المستشعرات تحت الماء وشبكات الاستشعار تحت الماء بلغت مرحلة من النضوج بما يكفي لتحفيز فكرة جمع البيانات تحت الماء وذكاء الآلة في سباق المعرفة.
في حين أن الأبحاث حول شبكات الاستشعار والمستشعرات تحت الماء قد تقدمت بشكل كبير في السنوات الأخيرة، لكن من الواضح أنه لا يزال هناك عدد من التحديات التي يتعين حلها. فمع تقدم الأساليب الجديدة للاتصال والوصول المتوسط والشبكات والتطبيقات، يعد التحليل الفعال والتكامل واختبار هذه الأفكار أمرًا بالغ الأهمية وضرورة ملحة. إذ لا يزال المجال في تطوير رؤى أساسية لها ممكنًا. كذلك فهم ما يقف عليها في الممارسة والبحث. ولهذه الأسباب أعتقد أن الحاجة الماسة إلى وضع نماذج نظرية جديدة تحليلية وحسابية على حد سواء بات أكثر سهولة مما مضى. وإن زيادة استخدام منصات الاختبار والتجارب الميدانية لا سيما في النمذجة والمحاكاة أمر أساسي لدعمها هذا المجال تحليلا أكثر دقة للأداء وتوصيف الأنظمة التجريبية مما سيغذي الجيل القادم من الاتصالات والاستشعار تحت الماء. علاوة على ذلك، إن تكامل واختبار الأفكار الحالية سيشيد لاحقًا بماهية مستقبلها المضمون في الأبحاث التجريبية الأكثر تركيزًا على التكلفة والأرباح من أنظمتها ومتطلبات الطاقة لها ومدى دقتها في ظروف مختلفة. ولتحويل هذه الفكرة إلى حقيقة وواقع، يجب علينا مواجهة تحديات الاتصالات تحت الماء وحل مشكلاتها أولًا. إذ في حين لا توجد اليوم شبكات استشعار تحت الماء تعمل بشكل روتيني وواضح، إلا أن تطورها أصبح قريبًا في حلته التجارية والذي يشمل الأنظمة الأساسية لأساطيل المركبات ذاتية القيادة تحت الماء وشبكات المستشعرات تحت الماء الفائقة والبعيدة المدى والقابلة للنشر والمثبتة في قاع البحار. إن البحث النشط الذي يغذي هذا التطور هو لب الموضوع الرئيسي والذي تدفعه الحاجة إلى الشعور بالعالم تحت الماء وتطوير شبكات الاستشعار والمستشعرات تحت الماء. ويمكن أن يكون لتطبيقاتها المتنوعة متطلبات مختلفة تؤدي هذه المتطلبات إلى تصاميم وبنى تحتية مختلفة وأنواعًا متنوعة من عمليات النشر وفئات مختلفة لتطبيقات حيوية.
ويشجعنا توسيع المجال أيضًا للنظر في خياراتها المختلفة والتي تمتد من الأداء العالي والتكلفة إلى التكلفة المنخفضة، ولكن ذات الأداء القصير والمتوسط. بما في ذلك الأنواع المتنقلة منها المدعومة بشريًا أو المستقلة وذاتية القيادة والقابلة للنشر وحتى الثابتة منها. أما فيما يتعلق بمجال صناعة المستشعرات تحت الماء، هناك العديد من التقنيات الجديدة والمبتكرة. كمستشعرات الليزر والحساسات البيولوجية والتي تمكن مثل هذه التقنيات من رصد الحركة والتغيرات في البيئة المائية بدقة عالية ويمكن استخدامها للكشف عن الأمواج على سبيل المثال. أما فيما يتعلق بتقنية الشبكات الذكية تحت الماء فلقد أثبتت شبكات الاستشعار تحت الماء عن إمكانياتها في إتاحة رصد البيئة المائية بشكل مستمر وجمع البيانات عبر شبكات الاستشعار الموزعة. أيضًا مستشعرات الطاقة الذاتية والتي تستخدم تقنيات تحويل الطاقة من البيئة المائية مثل الحركة أو الضغط إلى طاقة كهربائية لتشغيل المستشعرات والذي يزيد من عمر البطاريات فيها ويقلل من أعمال الصيانة لها. إن التكنولوجيا البيئية المستدامة والتي تهتم بتطوير مستشعرات تحت الماء باستخدام مواد قابلة للتحلل وتقنيات توفير الطاقة تعمل بشكل جيد اليوم وفي المنحنى السليم بما يساهم في الحفاظ على البيئة المائية وكنتيجة ثابتة استدامة البيئة الأساسية بشكل عام. إن استخدام المستشعرات تحت الماء يواجه بعض التحديات المثيرة، مثل البيئة القاسية إذ إن مياه المحيطات والبحار بشكل عام تعتبر بيئة قاسية للمستشعرات وذلك نتيجة الضغط والملوحة والتغيرات في درجة الحرارة والتي يمكن أن تؤثر على أداء المستشعرات. أيضًا التآكل فالماء المالح يمكن أن يتسبب في تآكل المواد والأجزاء الإلكترونية لها مما يؤدي إلى تقليل عمر المستشعر. كذلك التشويش الصوتي فالأصوات تحت الماء قد تؤثر على دقة المستشعرات، خاصةً المستشعرات الصوتية. أيضًا التحديات الكهربائية، فتوفير الطاقة للمستشعرات تحت الماء يمكن أن يكون تحديًا، خاصةً عند استخدامها في أعماق عميقة. كذلك أثناء التركيب والصيانة، فتركيب المستشعرات تحت الماء يتطلب مهارات خاصة، والصيانة الدورية ضرورية للحفاظ على أدائها. ورغم هذه التحديات تلعب المستشعرات تحت الماء دورًا حيويًا اليوم إذ أنها أيضًا تستخدم لرصد الزلازل والتغيرات في قاع البحر والتيارات البحرية. كذلك في الأبحاث العسكرية والأمنية فهي تستخدم للكشف عن الغواصات والأنشطة غير المشروعة تحت الماء وحماية المياه الإقليمية. باختصار المستشعرات تحت الماء وشبكات الاستشعار تحت الماء تلعب دورًا حيويًا في فهم بيئتنا المائية والحفاظ على البيئة والأمان فيها.