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Vorbild Garnelenauge

Forscher entwickeln Unterwasser-GPS

Unter die Wasseroberfläche dringen keine GPS-Signale vor. Wie man sich trotzdem zurechtfinden könnte, zeigt eine neue Studie: Das Licht im Meer verrät den eigenen Standort.
Blick auf die Wasseroberfläche

Manche Meerestiere wie zum Beispiel Fangschreckenkrebse können über ihre Augen die Polarisationsrichtung des Lichts wahrnehmen. Das hilft ihnen, getarnte Beutegreifer zu entdecken und möglicherweise auch sich zu orientieren. Letzteres erlaubt jetzt ein nach dem Vorbild des Fangschreckenkrebses entwickelter Sensor, der die Polarisationsrichtung des Lichts unter Wasser erfasst. Geht es nach dem Entwicklerteam um Viktor Gruev von der University of Illinois in Urbana-Champaign, könnten künftig kleine autonome Fahrzeuge mit Hilfe der Technologie im Ozean navigieren.

Die Forscher nehmen dazu mit ihrer Krebs-Kamera eine Art Panoramabild auf. Je nach Blickrichtung und Neigungswinkel wechselt die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts, so dass sich ein komplexes Muster ergibt, aus dem sich, wie Gruev und Kollegen herausfanden, die Richtung zur Sonne und ihre Höhe über dem Horizont ablesen lässt – selbst noch in einer Tiefe von 20 Metern. In Kombination mit einem Kompass und einer Uhr ergibt sich aus dem errechneten Sonnenstand der eigene Standort.

Allerdings muss einiger Rechenaufwand getrieben werden, um aus dem Muster, das der Sensor liefert, den Sonnenstand zu ermitteln. Bei ihrer ersten Machbarkeitsstudie im Journal »Science Advances« lag der mittlere Fehler bei der abgeleiteten Positionsbestimmung bei rund 60 Kilometer. Mit verbesserter Mustererkennung wollen sie den Standort aber schon bald auf einen Kilometer genau bestimmen, meint Gruev gegenüber »IEEE Spectrum«.

Mit ihrer Forschung rütteln die Wissenschaftler gleichzeitig an einem alten Dogma, laut dem die Polarisationsrichtung des einfallenden Sonnenlichts unter Wasser immer und überall gleich sei. Dieser Irrglaube sei wohl auf falsche oder unvollständige Messungen zurückzuführen. Tatsächlich kommt es unter Wasser zu einem komplexen Zusammenspiel von Einflussfaktoren, die sich alle auf die Polarisationsrichtung auswirken. Messungen zufolge lassen sich sogar noch in 200 Meter Tiefe Hinweise auf den Sonnenstand ableiten.

Von ihrer Entwicklung erhoffen sie sich nicht nur eine technische Lösung für das Unterwasser-Navigationsproblem. Sie könnte auch ergründen helfen, wie Meerestiere selbst ihren Polarisationssinn einsetzen.

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