Los investigadores de la Escuela Allen en la Universidad de Washington logran la primera aplicación de mensajería submarina para teléfonos inteligentes. Una app que será de utilidad para millones de personas que participan en actividades como esnórquel y buceo cada año.
Comunicarse bajo el agua con un smartphone
Hasta ahora, las señales con la mano eran la única opción para comunicar información de seguridad o indicaciones de dirección bajo el agua. Mientras que los buceadores recreativos pueden emplear alrededor de 20 signos, el vocabulario de los buceadores profesionales puede superar las 200 señales sobre temas que van desde el nivel de oxígeno hasta la proximidad de especies acuáticas y la realización de tareas cooperativas.
La naturaleza visual de estas señales manuales limita su eficacia a distancia y con poca visibilidad. La mensajería de texto bidireccional es una alternativa potencial, pero requiere un costoso hardware personalizado que no está ampliamente disponible.
Nueva app de mensajería subacuática
Investigadores de la Universidad de Washington muestran ahora cómo lograr mensajes submarinos en miles de millones de teléfonos y relojes inteligentes existentes utilizando solo software. El equipo desarrolló AquaApp , la primera aplicación móvil para comunicación acústica y redes bajo el agua que se puede usar con dispositivos existentes, como smartphone y smartwatch.
“Los teléfonos inteligentes dependen de señales de radio como WiFi y Bluetooth para la comunicación inalámbrica. Esos no se propagan bien bajo el agua, pero las señales acústicas sí”, dijo el coautor principal Tuochao Chen , Ph.D. estudiante en la Escuela Allen.
Tuochao Chen añade que “Con AquaApp, demostramos la mensajería subacuática utilizando el altavoz y el micrófono ampliamente disponibles en teléfonos inteligentes y relojes. Además de descargar una aplicación en su teléfono, lo único que necesitarán las personas es una funda resistente al agua clasificada para la profundidad de su inmersión”.
AquaApp: Pantalla de smartphone con mensajes bajo el agua ©Universidad de Washington.jpeg
Lista de mensajes preestablecidos en la app
La interfaz de AquaApp permite a los usuarios seleccionar de una lista de 240 mensajes preestablecidos que corresponden a señales manuales empleadas por buceadores profesionales, con las 20 señales más comunes en un lugar destacado para facilitar el acceso.
Los usuarios de la app también pueden filtrar mensajes según ocho categorías, incluidos indicadores direccionales, factores ambientales y estado del equipo.
Al crear la aplicación, Chen y sus colaboradores, coautor principal y compañero de Ph.D. el estudiante Justin Chan y el profesor Shyam Gollakota, tuvieron que superar una variedad de desafíos técnicos que nunca antes habían enfrentado en tierra firme.
“El escenario submarino presenta nuevos problemas en comparación con las aplicaciones aéreas”, explicó Chan. “Por ejemplo, las fluctuaciones en la intensidad de la señal se agravan debido a los reflejos de la superficie, el suelo y la costa. El movimiento causado por humanos, olas y objetos cercanos puede interferir con la transmisión de datos. Además, los micrófonos y los altavoces tienen diferentes características entre los modelos de teléfonos inteligentes. Tuvimos que adaptarnos en tiempo real a estos y otros factores para garantizar que AquaApp funcionara en condiciones reales”.
Esos otros factores incluyen la tendencia de los dispositivos a cambiar rápidamente de posición y proximidad en la corriente y los diversos perfiles de ruido que la aplicación puede encontrar debido a la presencia de embarcaciones, animales e incluso aviones que vuelan a baja altura.
El equipo creó un algoritmo que permite que AquaApp optimice, en tiempo real, la tasa de bits y las frecuencias acústicas de cada transmisión en función de ciertos parámetros, como la distancia, el ruido y las variaciones en la respuesta de frecuencia entre dispositivos. Cuando un usuario quiere enviar un mensaje a otro dispositivo, su aplicación primero envía una nota rápida, llamada preámbulo, al otro dispositivo. AquaApp en el segundo dispositivo ejecuta el algoritmo para determinar las mejores condiciones para recibir el preámbulo; luego le dice al primer dispositivo que use esas mismas condiciones para enviar el mensaje real.
Demostración de la app de mensajería subacuática ©Universidad de Washington
Nuevo protocolo WiFi bajo el agua
Los investigadores desarrollaron un protocolo de red para compartir el acceso a la red submarina, similar a cómo las redes WiFi controlan el tráfico de Internet, para admitir la mensajería entre múltiples dispositivos.
AquaApp puede acomodar hasta 60 usuarios únicos en su red local a la vez.
El equipo probó la utilidad del mundo real del sistema AquaApp en media docena de lugares que ofrecían una variedad de condiciones de agua y niveles de actividad, incluso debajo de un puente en aguas tranquilas, en un popular parque frente al mar con fuertes corrientes, junto al muelle de pesca de un lago concurrido, y en una bahía con fuerte oleaje. En una serie de experimentos, evaluaron el desempeño de AquaApp a distancias de hasta 113 metros y profundidades de hasta 12 metros.
“Según nuestros experimentos, hasta 30 metros es el rango ideal para enviar y recibir mensajes bajo el agua, y 100 metros para transmitir balizas SoS”, dijo Chen. “Estas capacidades deberían ser suficientes para la mayoría de los escenarios recreativos y profesionales”.
Los investigadores también midieron el impacto de AquaApp en la vida útil de la batería ejecutando continuamente el sistema en dos teléfonos inteligentes Samsung Galaxy S9 al volumen máximo y con las pantallas activadas. La aplicación redujo la energía de la batería de los dispositivos en solo un 32 % en el transcurso de cuatro horas, lo que se encuentra dentro del tiempo de inmersión máximo recomendado para el buceo recreativo.
“AquaApp lleva la comunicación submarina a las masas”
Para Gollakota, quien dirige el Laboratorio de Inteligencia Móvil y tiene la cátedra de Desarrollo de Carrera de la Familia Torode en la Escuela Allen, se trata de un paso decisivo para hacer accesible la comunicación subacuática a todo el mundo: “El estado actual de las redes submarinas es similar al de ARPANET, el precursor de Internet, en la década de 1970, donde solo unos pocos tenían acceso a Internet. AquaApp tiene el potencial de cambiar ese status quo al democratizar la tecnología submarina y hacer que sea tan fácil como descargar software en su teléfono inteligente”.
Gollakota y sus coautores presentaron su artículo que describe AquaApp en SIGCOMM 2022 , la conferencia insignia revisada por pares del Grupo de Interés Especial en Comunicaciones de Datos de la Asociación de Maquinaria de Computación. Los datos del equipo y el código de código abierto de Android están disponibles en el sitio web de AquaApp . Mire un video que demuestra AquaApp aquí.
Los investigadores cuentan con el apoyo del premio Moore Inventor Fellowship # 10617 y la Fundación Nacional de Ciencias. Sarah McQuate en la Oficina de Noticias de UW contribuyó a esta historia.
Fuente: Paul G. Allen, School of Computer Science & Engineering
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