Investigadores de la Universidad de Washington traen la primera aplicación de mensajería submarina para teléfonos inteligentes

Newswise: para millones de personas que participan en actividades como el esnórquel y el buceo cada año, las señales manuales son la única opción para comunicar información de seguridad y dirección bajo el agua. Mientras que los buzos recreativos pueden usar alrededor de 20 señales, el vocabulario de los buzos profesionales puede exceder las 200 señales en temas que van desde los niveles de oxígeno hasta la proximidad a las 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.

Investigadores de la Universidad de Washington muestran cómo lograr mensajes submarinos en miles de millones de teléfonos inteligentes y relojes inteligentes existentes utilizando solo software. El equipo desarrolló AquaAppla primera aplicación móvil para comunicación acústica y redes submarinas que se puede utilizar con dispositivos existentes como teléfonos inteligentes y relojes inteligentes.

Los investigadores presentaron su artículo que describe AquaApp 25 de agosto en SIGCOMM 2022.

“Los teléfonos inteligentes dependen de señales de radio como WiFi y Bluetooth para la comunicación inalámbrica. Estos no se propagan bien bajo el agua, pero las señales acústicas sí”, dijo el coautor principal. Tuochao Chen, candidato a doctorado de la Universidad de Washington en la Escuela Paul G. Allen de Ciencias de la Computación e Ingeniería. “Con AquaApp, estamos demostrando la mensajería subacuática utilizando el altavoz y el micrófono ampliamente disponibles en teléfonos inteligentes y relojes. Además de descargar una aplicación a su teléfono, lo único que necesitarán las personas es una funda de teléfono resistente al agua clasificada para la profundidad de su inmersión. “

La interfaz de AquaApp permite a los usuarios seleccionar de una lista de 240 mensajes predefinidos que coinciden con las señales manuales utilizadas por los buceadores profesionales, con las 20 señales más comunes que se muestran de forma destacada para facilitar el acceso. Los usuarios también pueden filtrar los mensajes por ocho categorías, incluidos los indicadores direccionales, los factores ambientales y el estado del equipo.

Al crear la aplicación, el equipo tuvo que superar una variedad de desafíos técnicos que nunca antes habían enfrentado en tierra firme.

“El escenario submarino plantea nuevos problemas en comparación con las aplicaciones aéreas”, dijo el coautor principal. justin-chan, estudiante de doctorado en la Escuela Allen. “Por ejemplo, las fluctuaciones en la intensidad de la señal se ven agravadas por los reflejos en la superficie, el suelo y la costa. El movimiento causado por los humanos, las olas y los objetos cercanos pueden interferir con la transmisión de datos. Además, los micrófonos y los parlantes tienen características diferentes en los diferentes modelos de teléfonos inteligentes. Nosotros tuvo que adaptarse en tiempo real a estos y otros factores para asegurarse de que AquaApp funcionara en condiciones reales”.

Otros desafíos incluyen la tendencia de los dispositivos a cambiar rápidamente de posición y proximidad en la corriente, así como los diferentes perfiles de ruido que la aplicación puede encontrar debido a la presencia de barcos, animales e incluso aviones que vuelan a baja altura.

El equipo creó un algoritmo que permite a AquaApp optimizar, en tiempo real, la tasa de bits y las frecuencias acústicas de cada transmisión en función de determinados parámetros, como la distancia, el ruido y las variaciones de respuesta de frecuencia entre dispositivos.

Así es como funciona: 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.

Los investigadores desarrollaron un protocolo de red para compartir el acceso a la red submarina, similar a cómo las redes WiFi arbitran el tráfico de Internet, para admitir la mensajería entre múltiples dispositivos. AquaApp puede acomodar hasta 60 usuarios únicos en su red local al mismo tiempo.

El equipo probó la utilidad del mundo real del sistema AquaApp en seis lugares que ofrecen una variedad de condiciones de agua y niveles de actividad, incluso debajo de un puente en aguas tranquilas, en un popular parque junto al río con fuertes corrientes, al lado del muelle de pesca de un lago y en una bahía con fuerte oleaje. Los investigadores evaluaron el desempeño de la aplicación a distancias de hasta 113 metros ya profundidades de hasta 12 metros.

“Según nuestra experiencia, 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 duración de la batería ejecutando el sistema continuamente en dos teléfonos inteligentes Samsung Galaxy S9 al volumen máximo y con las pantallas encendidas. La aplicación redujo la energía de la batería de los dispositivos en solo un 32 % en cuatro horas, que es el tiempo de inmersión máximo recomendado para el buceo recreativo.

“AquaApp lleva la comunicación submarina a las masas”, dijo el autor principal Shyam Gollakota, profesor de la UW en la Escuela Allen. “El estado actual de las redes submarinas es similar al de ARPANET, el precursor de Internet, en la década de 1970, cuando solo unos pocos privilegiados tenían acceso a Internet. AquaApp tiene el potencial de cambiar este status quo al democratizar la tecnología bajo el agua y hacerla tan fácil como descargar el software a su teléfono inteligente”.

Los datos del equipo y el código de código abierto de Android están disponibles en el Sitio web de AquaApp.

Los investigadores cuentan con el apoyo de la Beca Moore Inventor y la Fundación Nacional de Ciencias.

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