Разработано первое приложение для обмена сообщениями под водой
Для миллионов людей, которые ежегодно занимаются дайвингом, жесты руками являются единственным способом передачи информации под водой. Дайверы-любители используют около 20 сигналов. Словарный запас профессиональных дайверов превышает 200 сигналов. Они могут сообщать самую разную информацию от уровня кислорода до близости опасности и координации движения.
Но сигналы руками нормально работают только на малом расстоянии и в условиях хорошей видимости. Сегодня есть специализированное оборудование, которое позволяет передавать сигналы, но оно достаточно дорогое.
Исследователи из Вашингтонского университета показали, как реализовать обмен сообщениями под водой на миллиардах обычных смартфонов и смарт-часов, используя только программное обеспечение. Команда разработала AquaApp, первое мобильное приложение для акустической связи и создания сетей под водой.
Разговоры в подводном царстве
«Смартфоны передают радиосигналы через Wi-Fi и Bluetooth. Но они плохо распространяются под водой, в отличие от акустических сигналов», — говорит соавтор исследования Туочао Чен из Университета Вашингтона. «С помощью AquaApp мы демонстрируем обмен сообщениями под водой с помощью динамика и микрофона, которые уже есть в смартфонах и часах. Помимо загрузки приложения на телефон нужен только водонепроницаемый чехол для телефона».
Интерфейс AquaApp позволяет пользователям выбирать из списка 240 предустановленных сообщений, которые соответствуют жестам, используемым профессиональными дайверами. 20 наиболее распространенных сигналов отображаются на видном месте для быстрого доступа.
«Подводный сценарий выявляет новые проблемы по сравнению с приложениями по воздуху», — сказал соавтор работы Джастин Чан. «Например, колебания мощности сигнала усиливаются из-за отражений от поверхности, дна и береговой линии. Движение, вызванное находящимися поблизости людьми, волнами и объектами, может мешать передаче данных. Кроме того, микрофоны и динамики имеют разные характеристики в разных моделях смартфонов. Чтобы нормально передать сигнал, необходимо адаптировать AquaApp к возникающим условиям в режиме реального времени».
Команда создала алгоритм, который позволяет AquaApp оптимизировать битрейт и акустические частоты в режиме реального времени для каждой передачи, учитывая расстояние, уровень шума и частотные характеристики устройств.
Вот как это работает: когда один пользователь хочет отправить сообщение на другое устройство, его приложение сначала отправляет короткое сообщение — преамбулу. AquaApp на втором устройстве запускает алгоритм для определения наилучших условий для приема преамбулы. Затем он сообщает первому устройству какие условия для отправки сообщения сейчас и здесь оптимальны.
Сеть AquaApp
Исследователи разработали сетевой протокол для совместного доступа к подводной сети аналогично тому, как сети Wi-Fi обрабатывают интернет-трафик для нескольких устройств. AquaApp может одновременно обслуживать до 60 уникальных пользователей в своей локальной сети.
Команда протестировала AquaApp в шести местах с разными водными условиями: под мостом, в спокойной воде, в прибрежном парке с сильным течением, рядом с рыбацким причалом, на оживленного озере и в бухте с сильными волнами. Исследователи оценили производительность приложения на расстоянии до 113 метров и глубине до 12 метров.
«Исходя из наших экспериментов, до 30 метров — идеальный диапазон для отправки и получения сообщений под водой, а 100 метров — для передачи маяков SoS». — сказал Чен. «Эти возможности должны быть достаточными для большинства развлекательных и профессиональных сценариев».
Samsung Galaxy S9 с максимальной громкостью и включенными экранами работал в сети AquaApp в течение четырех часов, что соответствует максимальному рекомендуемому времени погружения для любительского подводного плавания.
Переписка под водой теперь самое обычное дело