Nova tecnologia de antenas amplia a comunicação de veículos submarinos autônomos em água salgada

Pesquisadores da Universidade de Florida desenvolveram o BlueME, um sistema de antenas que amplia a capacidade de comunicação de veículos submarinos autônomos (AUV). A tecnologia permite a troca de dados a distâncias de até 730 metros com um consumo energético reduzido, operando com cerca de 10 watts em sua capacidade máxima.

O desenvolvimento foi fundamentado na física de implantes médicos, partindo da premissa de que o corpo humano, composto por água levemente salgada, apresenta desafios físicos semelhantes aos do ambiente oceânico. O sistema utiliza o efeito magnetoelétrico (ME), no qual um campo magnético deforma uma camada de material magnetostrictivo chamada Metglas, gerando um sinal elétrico em uma camada piezoelétrica (PZT), e vice-versa.

Essa abordagem resultou em antenas compactas que operam em frequências muito baixas (VLF/LF), especificamente entre 35 e 36 kHz. A eficiência é potencializada pelo próprio meio líquido: enquanto a frequência de onda de 36 kHz é de 8,327 metros no ar, ela cai para 170 metros em água doce, otimizando o desempenho de antenas pequenas.

A estrutura do BlueME é composta por 15 antenas organizadas em um arranjo de 3 x 5, instaladas em carcaças estanques preenchidas com óleo para suportar a pressão hidrostática. A configuração em linha multiplica a potência por 225 em comparação a uma única antena, proporcionando uma melhoria teórica de sinalização de aproximadamente 119 dB.

Em testes conduzidos pelos professores Md Jahidul Islam e Adam Khalifa, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da universidade, o sistema foi validado no lago Wauburg e na costa do Golfo de Florida. Em água doce, a comunicação foi estável até 200 metros com consumo de 1 W. Já em água salgada, o sinal foi detectado a 730 metros utilizando menos de 10 W. Diferente de métodos acústicos ou ópticos, o BlueME não foi prejudicado por obstáculos, turbidez da água ou interferências.

A tecnologia soluciona limitações de métodos anteriores. Sinais de rádio convencionais perdem entre 1 e 10 dB por metro em água salgada, tornando-se inúteis rapidamente. Sistemas acústicos sofrem com interferências e efeitos Doppler, podendo impactar a fauna marinha, enquanto a comunicação óptica exige linha de visão direta e falha em águas turvas.

Embora a velocidade de transmissão do BlueME seja inferior aos sistemas ópticos — variando entre 1 kb/s e 100 kb/s, contra gigabits por segundo (Gb/s) da óptica —, a solução se destaca pelo baixo custo de fabricação, mínimo impacto ambiental e alta eficiência energética. O sistema possibilita que operadores recebam atualizações periódicas de missões e ajustem objetivos de robôs em tempo real, sem que as máquinas precisem subir à superfície para transmitir dados.

O estudo será publicado no IEEE Journal of Oceanic Engineering, representando a primeira aplicação prática de antenas ME fora de laboratório e o maior conjunto de sistemas VLF/LF deste tipo já construído. A equipe já registrou uma patente provisória e busca investimentos para testar a tecnologia em frotas de AUVs, com foco em navegação cooperativa, mapeamento e localização.