Trådløs fra vand til luft

Illustration af ubåd, der sender bølger til havoverfladen. Et jetfly flyver over hovedet. George Wylesol

MIT Media Lab-forskere har taget et skridt i retning af at løse en langvarig udfordring med trådløs kommunikation: direkte datatransmission mellem undervands- og luftbårne enheder.

I dag kan undervandssensorer ikke dele data med dem på land, fordi begge bruger trådløse signaler, der kun virker i deres respektive medier. Radiosignaler, der rejser gennem luft, dør hurtigt i vand; akustiske signaler eller ekkolod, der sendes af undervandsenheder, reflekteres for det meste fra overfladen uden at bryde igennem. Bøjer er blevet designet til at opfange ekkolodsbølger, behandle dataene og skyde radiosignaler til luftbårne modtagere. Men de kan drive væk og fare vild, og der skal mange til for at dække store områder.

Adjunkt Fadel Adib og hans kandidatstuderende Francesco Tonolini tackler dette problem med et direkte undervand-til-luft transmissionssystem, kaldet translationel akustisk-RF-kommunikation (TARF). At forsøge at krydse luft-vand-grænsen med trådløse signaler har været en hindring. Vores idé er at transformere selve forhindringen til et medie, hvorigennem man kan kommunikere, siger Adib.

I systemet sender en standard akustisk højttaler ekkolodssignaler til vandoverfladen, som bevæger sig som trykbølger af forskellige frekvenser svarende til forskellige databits. At sende en 0 , senderen kan sende f.eks. en bølge, der rejser med 100 hertz; for en en , kan den transmittere en 200-Hz-bølge. Når signalet rammer overfladen, forårsager det små krusninger i vandet, kun et par mikrometer høje, svarende til disse frekvenser.

Placeret i luften over senderen er en ekstremt højfrekvent radar, der behandler signaler i millimeterbølgespektret for trådløs transmission, mellem 30 og 300 gigahertz. Radaren - der ligner et par kegler - sender et radiosignal, der reflekteres fra den vibrerende overflade og vender tilbage med en let moduleret vinkel svarende til de sendte data. En vibration på vandoverfladen, der repræsenterer en 0 bit vil for eksempel få det reflekterede signals vinkel til at vibrere ved 100 Hz. Den bit bliver derefter afkodet.

Forskerne testede TARF i svømmebassiner på MIT, hvor svømmere forstyrrede det omgivende vand. Senderen var nedsænket op til 3,5 meter under overfladen, og modtageren var placeret op til 30 centimeter over. TARF præcist afkodede beskeder - såsom Hej! fra undervands - med hundredvis af bits i sekundet, svarende til standarddatahastigheder for undervandskommunikation. Et papir, der beskriver systemet og resultaterne, blev præsenteret på dette års Sigcomm-konference.

Systemet kan åbne nye muligheder for vand-luft-kommunikation, siger Adib. Militære ubåde kunne kommunikere med flyvemaskiner uden at dukke op og kompromittere deres placeringer. Undervandsdroner, der overvåger livet i havet, behøver ikke konstant at dukke op igen fra dybe dyk for at sende data til forskere, hvilket er ineffektivt og dyrt. Systemet kunne også hjælpe med at finde fly tabt under vandet. Akustiske transmitterende beacons kunne implementeres i for eksempel et flys sorte boks, siger Adib. Derefter kunne de sende signaler med jævne mellemrum, som søgefly kunne afkode.

skjule