211service.com
Draadloos van water naar lucht
Illustratie van onderzeeër die golven naar het oceaanoppervlak zendt. Er vliegt een straaljager over. George Wylesol
MIT Media Lab-onderzoekers hebben een stap gezet in de richting van het oplossen van een al lang bestaande uitdaging met draadloze communicatie: directe gegevensoverdracht tussen apparaten onder water en in de lucht.
Tegenwoordig kunnen onderwatersensoren geen gegevens delen met die op het land, omdat beide draadloze signalen gebruiken die alleen in hun respectieve media werken. Radiosignalen die door de lucht reizen sterven snel af in water; akoestische signalen of sonar die door onderwaterapparatuur worden verzonden, reflecteren meestal op het oppervlak zonder door te breken. Boeien zijn ontworpen om sonargolven op te vangen, de gegevens te verwerken en radiosignalen naar luchtontvangers te sturen. Maar ze kunnen wegdrijven en verdwalen, en er zijn er veel nodig om grote gebieden te bestrijken.
Universitair docent Fadel Adib en zijn afgestudeerde student Francesco Tonolini pakken dit probleem aan met een direct onderwater-naar-lucht transmissiesysteem, genaamd translationele akoestische-RF-communicatie (TARF). Proberen om de lucht-watergrens te overschrijden met draadloze signalen was een obstakel. Ons idee is om het obstakel zelf om te vormen tot een communicatiemiddel, zegt Adib.
In het systeem zendt een standaard akoestische luidspreker sonarsignalen uit naar het wateroppervlak, die zich voortplanten als drukgolven met verschillende frequenties die overeenkomen met verschillende databits. Om een te sturen 0 , de zender kan bijvoorbeeld een golf met een snelheid van 100 hertz verzenden; voor een een , kan het een golf van 200 Hz uitzenden. Wanneer het signaal het oppervlak raakt, veroorzaakt het kleine rimpelingen in het water, slechts enkele micrometers hoog, overeenkomend met die frequenties.
In de lucht boven de zender bevindt zich een extreem hoogfrequente radar die signalen verwerkt in het millimetergolfspectrum van draadloze transmissie, tussen 30 en 300 gigahertz. De radar - die eruitziet als een paar kegels - zendt een radiosignaal dat weerkaatst op het trillende oppervlak en terugkaatst met een licht gemoduleerde hoek die overeenkomt met de verzonden gegevens. Een trilling op het wateroppervlak vertegenwoordigt a 0 bit zorgt er bijvoorbeeld voor dat de hoek van het gereflecteerde signaal bij 100 Hz trilt. Dat bit wordt dan gedecodeerd.
De onderzoekers testten TARF in zwembaden van MIT, waarbij zwemmers het omringende water verstoorden. De zender was tot 3,5 meter onder het oppervlak ondergedompeld en de ontvanger was tot 30 centimeter erboven gepositioneerd. TARF heeft berichten nauwkeurig gedecodeerd, zoals Hello! van onder water - met honderden bits per seconde, vergelijkbaar met standaard datasnelheden voor onderwatercommunicatie. Op de Sigcomm-conferentie van dit jaar werd een paper gepresenteerd waarin het systeem en de resultaten worden beschreven.
Het systeem zou nieuwe mogelijkheden voor water-luchtcommunicatie kunnen openen, zegt Adib. Militaire onderzeeërs konden communiceren met vliegtuigen zonder aan de oppervlakte te komen en hun locaties in gevaar te brengen. Onderwaterdrones die het onderwaterleven in de gaten houden, hoeven niet constant uit diepe duiken te komen om gegevens naar onderzoekers te sturen, wat inefficiënt en kostbaar is. Het systeem kan ook helpen bij het vinden van onder water verloren vliegtuigen. Akoestische zendbakens zouden bijvoorbeeld in de zwarte doos van een vliegtuig kunnen worden geïmplementeerd, zegt Adib. Dan zouden ze periodiek signalen kunnen sturen om zoekvliegtuigen te decoderen.