211service.com
Trådløst fra vann til luft
Illustrasjon av ubåt som sender bølger til havoverflaten. Et jetfly flyr over hodet. George Wylesol
MIT Media Lab-forskere har tatt et skritt mot å løse en langvarig utfordring med trådløs kommunikasjon: direkte dataoverføring mellom undervanns- og luftbårne enheter.
I dag kan ikke undervannssensorer dele data med de på land, fordi begge bruker trådløse signaler som kun fungerer i deres respektive medium. Radiosignaler som beveger seg gjennom luft dør raskt i vann; akustiske signaler, eller ekkolodd, sendt av undervannsenheter reflekteres stort sett fra overflaten uten å bryte gjennom. Bøyer er designet for å fange opp ekkoloddbølger, behandle dataene og skyte radiosignaler til luftbårne mottakere. Men de kan drive bort og gå seg vill, og det trengs mange for å dekke store områder.
Assistentprofessor Fadel Adib og hans doktorgradsstudent Francesco Tonolini takler dette problemet med et direkte undervann-til-luft-overføringssystem, kalt translasjonell akustisk-RF-kommunikasjon (TARF). Å prøve å krysse luft-vann-grensen med trådløse signaler har vært en hindring. Vår idé er å transformere selve hindringen til et medium for å kommunisere, sier Adib.
I systemet sender en standard akustisk høyttaler ekkoloddsignaler til vannoverflaten, som beveger seg som trykkbølger med forskjellige frekvenser som tilsvarer forskjellige databiter. For å sende en 0 , senderen kan sende for eksempel en bølge som reiser med 100 hertz; for en en , kan den overføre en 200-Hz-bølge. Når signalet treffer overflaten, forårsaker det små krusninger i vannet, bare noen få mikrometer høye, tilsvarende disse frekvensene.
Plassert i luften over senderen er en ekstremt høyfrekvent radar som behandler signaler i millimeterbølgespekteret til trådløs overføring, mellom 30 og 300 gigahertz. Radaren – som ser ut som et par kjegler – sender et radiosignal som reflekteres fra den vibrerende overflaten og går tilbake med en litt modulert vinkel som tilsvarer de sendte dataene. En vibrasjon på vannoverflaten som representerer en 0 bit vil for eksempel få det reflekterte signalets vinkel til å vibrere ved 100 Hz. Den biten blir deretter dekodet.
Forskerne testet TARF i svømmebassenger ved MIT, med svømmere som forstyrret vannet rundt. Senderen var nedsenket opptil 3,5 meter under overflaten, og mottakeren var plassert opp til 30 centimeter over. TARF nøyaktig dekodede meldinger – for eksempel Hallo! fra undervann – med hundrevis av bits per sekund, tilsvarende standard datahastigheter for undervannskommunikasjon. Et papir som beskriver systemet og resultatene ble presentert på årets Sigcomm-konferanse.
Systemet kan åpne nye muligheter for vann-luft-kommunikasjon, sier Adib. Militære ubåter kunne kommunisere med fly uten å komme til overflaten og kompromittere deres plassering. Undervannsdroner som overvåker livet i havet trenger ikke å stadig dukke opp igjen fra dype dykk for å sende data til forskere, noe som er ineffektivt og kostbart. Systemet kan også hjelpe å finne fly som er tapt under vann. Akustiske sendesignaler kan implementeres i, for eksempel, et flys svarte boks, sier Adib. Deretter kunne de sende signaler med jevne mellomrom for søkefly å dekode.