المحيط لا يزال أحد أكثر أجزاء كوكب الأرض غموضاً. رغم أن بيانات الأقمار الصناعية تعطي صورة عامة عن قاع المحيط، إلا أن التفاصيل الحقيقية تنكشف فقط من خلال المسح المباشر وتقنيات مثل السونار متعدد الحزم. وفق بيانات NOAA، حتى أبريل 2026 تم مسح 28.7٪ فقط من قاع المحيط العالمي بتقنيات حديثة عالية الدقة.
في هذا السياق، يمكن للمركبات والطائرات تحت المائية الذاتية أن تقرب السونار من قاع المحيط وتوفر للباحثين بيانات أكثر دقة. لكن هناك مشكلة غير متوقعة: نفس الغطاء المنحني والناعم الذي يحمي معدات الطائرة ويجعل حركتها في الماء أكثر سلاسة، يمكن أن ينحرف موجات السونار ويشوّه الصورة النهائية.
من أين تنشأ المشكلة؟
يعمل السونار بإرسال موجات صوتية واستقبال صدى هذه الموجات من الأجسام وقاع البحر. كلما كان الحزمة الصوتية أكثر تركيزاً، زادت القدرة على تمييز الأجسام الموجودة في المسار بدقة أكبر. لكن عندما تمر هذه الموجات عبر قبة منحنية، يتغير جبهة الموجة ويتوزع جزء من الطاقة الصوتية في اتجاهات غير مرغوب فيها.
بدلاً من إضافة أنظمة إلكترونية معقدة وخوارزميات معالجة ثقيلة، لجأ الباحثون لحل فيزيائي بحت: العدسة الصوتية.
عدسة من السيليكون والتنغستن
صنع فريق البحث عدسة ذات تدرج مؤشر انكسار أو Gradient-Index مكونة من حلقات متحدة المركز من السيليكون. في تصنيع هذه الحلقات استُخدمت كميات متفاوتة من جسيمات التنغستن. تغيير تركيبة المادة يغير سرعة انتشار الصوت في أجزاء مختلفة من العدسة، وبالتالي تتغير شكل الموجة الصوتية بطريقة متحكم بها.
حسب الباحثون، حسبوا أولاً مقدار الانحراف الذي تسببه قبة الحماية في الطائرة ثم صمموا العدسة بحيث تصحح هذا التشويه في الاتجاه المعاكس. بهذا الشكل، تحصل الموجات على شكل أكثر ملاءمة قبل دخولها الماء والوصول إلى الهدف.
الميزة المهمة لهذه الطريقة أنها تعدل الموجة داخل البنية الفيزيائية نفسها ولا تتطلب مجموعة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية أو معالجات حاسوبية مكثفة. هذا أمر مهم للطائرات تحت المائية الصغيرة التي لديها سعة بطارية ومساحة داخلية محدودة.
ما كانت نتائج الاختبار؟
أظهرت النتائج المخبرية أن هذه العدسة نجحت في تقليل عرض حزمة السونار من أكثر من 65 درجة إلى نطاق بين 16 و30 درجة؛ أي أن الطاقة الصوتية أصبحت أكثر تركيزاً بكثير.
بعد ذلك اختبر الباحثون النموذج المصنوع في بيئة حقيقية. وضعوا كرة بلاستيكية جوفاء في نهر Jiulong على عمق نحو 1.8 متر واستعملوا طائرة تحت مائية للتعرف عليها. في الاختبار بدون العدسة، كانت الأصداء الناتجة عن البيئة والحدود المحيطة تجعل كشف الهدف صعباً. بعد تركيب العدسة، انخفضت شدة هذه الأصداء المزعجة بنحو 11.98 ديسيبل وأصبحت الكرة البلاستيكية قابلة للاكتشاف في بيانات السونار.
لماذا هذه التكنولوجيا مهمة؟
تحسين السونار يمكن أن يزيد من نطاق استخدامات الطائرات تحت المائية الذاتية في المسح، والآثار البحرية، ودراسة المواطن البيئية، والبحث في البنى الجيولوجية. تتضح هذه الأهمية أكثر عندما نعرف أنه مقدر وجود أكثر من 100 ألف جبل بحري بارتفاع لا يقل عن 1000 متر في محيطات العالم وأن أقل من عشر من الألف بالمئة منها استُكشف فعلياً حتى الآن.
الجبال البحرية ليست المعالم الجيولوجية الوحيدة؛ فتيارات الماء حولها يمكن أن تركز المواد المغذية وتتحول هذه المناطق إلى مواطن لأنواع مختلفة. تصف NOAA الجبال البحرية في كثير من الحالات بأنها «واحات حيوية».
كما أن هذه التكنولوجيا قد تقلل اعتماد الطائرات الصغيرة على معدات معالجة مكثفة الاستهلاك. ينوّي فريق البحث الآن اختبار أداء العدسة بعد تجارب في ماء مالح صناعي، في مياه البحر الحقيقية ليتبين ما إذا كانت هذه البنية قادرة على تحقيق نفس مقدار التصحيح الصوتي في ظروف المحيط الأكثر تعقيداً أم لا.
وفق تقرير EurekAlert، نُشر هذا البحث في مجلة International Journal of Extreme Manufacturing وقدمت العدسة الجديدة حلاً فيزيائياً لتصحيح التشوهات الصوتية الناتجة عن قبة حماية المركبات تحت المائية.