Usando um design inspirado em um dos melhores marinheiros do oceano, uma equipe de cientistas do Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins está desenvolvendo um sensor de baixo custo para observações oceânicas . Os sensores são modelados após Velella velella, que são organismos flutuantes semelhantes a águas-vivas que navegam pela superfície do oceano.

As novas plataformas de sensores - desenvolvidas com o apoio do Office of Naval Research e em colaboração com a Naval Postgraduate School e uma empresa local de engenharia elétrica aeroespacial - incorporam eletrônicos avançados de baixa potência que podem medir os principais fatores oceânicos, como salinidade, temperatura e posição. Os dados são então transmitidos aos pesquisadores usando comunicação por satélite para monitoramento global em tempo real.

O sal torna a água mais densa e, embora a circulação da água na superfície seja impulsionada principalmente pelos ventos da superfície, as mudanças na densidade e na temperatura da água do mar impulsionam as correntes oceânicas bem abaixo da superfície. Os modelos globais de circulação oceânica sugerem que essas correntes profundas impulsionadas pela densidade desempenham um papel significativo na mediação do clima do nosso planeta, bem como nos ciclos de nutrientes e dióxido de carbono do oceano.

Embora os satélites sejam capazes de capturar dados de salinidade de grandes porções do oceano, dados de bóias e dispositivos na água, como os sensores Velella velella , fornecem leituras localizadas de alta resolução.

"Se pudermos monitorar melhor a saúde dos oceanos e como os ambientes ao redor do mundo estão mudando, poderemos tomar melhores decisões sobre como mitigar ou nos adaptar a essas mudanças", diz Leslie Hamilton, engenheira de ciência de materiais da APL.

Apelidado de "marinheiros pelo vento", o Velella velella que inspiraram os sensores do APL formam grandes cardumes e se alimentam de plâncton enquanto flutuam pelo mar, impulsionados pelos ventos que empurram suas velas. Para os sensores biomiméticos embalarem um soco tecnologicamente tão pesado em um pacote tão pequeno, muitos componentes são multifuncionais.

"A vela não apenas captura o vento, mas também é um recurso para abrigar componentes elétricos, como antenas, que precisam ficar acima da linha d'água", diz Kyle Lowery, engenheiro de projeto mecânico da APL. "E o fundo do nosso Velella velella lembra a quilha de um navio, que abriga simultaneamente a maior parte da eletrônica, fornece uma localização conveniente para o sensor de salinidade e reduz o centro de gravidade do sensor para estabilidade."

Em áreas do oceano com escassez de nutrientes e plâncton, a verdadeira Velella velella pode capturar a energia do sol usando células de algas simbióticas e depois transformar essa energia em energia por meio de um processo semelhante à fotossíntese. Cada um dos sensores de silicone inspirados em Velella da APL também coleta a energia do sol, usando dois painéis solares acima de sua aleta para alimentar seus minúsculos componentes eletrônicos.

"À medida que flutua no oceano, a energia solar vai recarregar a bateria", diz o engenheiro elétrico da APL, Daniel Ayoub. O sensor de salinidade ficará submerso e medirá continuamente os níveis de salinidade.

A eletrônica, que pode ser adaptada para uma variedade de interesses de pesquisa, é projetada para relatar periodicamente temperatura, posição e salinidade via comunicação via satélite. Para testar essas capacidades, um protótipo eletrônico inicial foi implantado via balão meteorológico na costa de Delaware. O protótipo está atualmente no meio do Atlântico e relata a posição e a temperatura várias vezes ao dia há mais de 20 semanas.

Para realizar os testes iniciais de flutuabilidade, a equipe colocou os sensores à tona na lagoa do APL. Isso foi seguido por um lançamento amarrado no Oceano Pacífico. Recentemente, pesquisadores da Naval Postgraduate School implantaram a mais recente iteração de seu projeto em Monterey, Califórnia. O sensor está atualmente amarrado a um píer para permitir testes e avaliações contínuas em um ambiente oceânico real.

Em fases de teste futuras, os pesquisadores irão implantar uma coleção de dispositivos que se assemelham à estrutura escolar natural de Velella velella e são capazes de fornecer conjuntos maiores de dados oceânicos críticos.