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I ricercatori del KAUST hanno sviluppato un sistema Wi-Fi subacqueo che sembra consentire di scambiare grandi quantità di dati sott’acqua

livello elementare
.
ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: MATERIALI
parole chiave: navigatori, plotter

 

Comunicare sott’acqua è sempre stato un problema non semplice. A causa dell’assorbimento dell’acqua, riuscire ad ottenere una rete radio subacquea è sempre stata considerata un’ipotesi non perseguibile. Non a caso le trasmissioni acustiche (pensiamo al sonar) sono la scelta preferita, ma soffrono di velocità di trasmissione dei dati molto basse. Non sarebbe bello se potessimo avere a disposizione una rete Wi-Fi anche sott’acqua? Un sogno considerato impossibile ma che sembrerebbe sia stato realizzato dai ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) di Thuwal, in Arabia Saudita. Il sistema, che hanno chiamato Aqua-Fi, utilizza una combinazione di laser e componenti standardizzati per creare una connessione wireless bidirezionale per i dispositivi subacquei. Il sistema è pienamente conforme agli standard wireless IEEE 802.11, il che significa che può facilmente connettersi e funzionare come parte di una rete Internet più ampio.

Ecco come funziona: supponiamo di avere un dispositivo subacqueo per la trasmissione di dati (i ricercatori del KAUST hanno utilizzato degli smartphone impermeabilizzati) il problema è come inviare un segnale Wi-Fi per connettere il dispositivo a un dispositivo che funga da “modem” subacqueo. Per le sperimentazioni è stato usato un Raspberry Pi, un single-board computer sviluppato nel Regno Unito dalla Raspberry Pi Foundation e progettato per ospitare sistemi operativi basati sul kernel Linux o RISC OS ed utilizzante un sistema operativo dedicato, chiamato Raspbian. In pratica il Raspberry Pi converte il segnale wireless ricevuto dallo smartphone in un segnale ottico (in questo caso, un segnale laser) che viene trasmesso ad un ricevitore/trasmettore collegato ad una boa in superficie. Il passo successivo è stato più seplice in quanto ha utilizzato delle tecniche di comunicazione consolidate per inviare il segnale ad un satellite in orbita. Affinché il dispositivo subacqueo riceva i dati, il processo è semplicemente invertito.

Aqua-Fi nasce dal lavoro svolto dai ricercatori KAUST nel 2017, utilizzando un laser blu per trasmettere sott’acqua un file da 1,2 gigabit. Un successo che però non era abbastanza, secondo Basem Shihada, professore associato di informatica alla KAUST e uno dei ricercatori del progetto Aqua-Fi. Il team ha quindi iniziato a sviluppare un sistema di comunicazioni bidirezionali, con l’obiettivo finale di costruire un sistema in grado di trasferire anche video ad alta risoluzione tramite un Raspberry Pi in grado di convertire il segnale wireless in un segnale ottico e viceversa.

Inizialmente i ricercatori utilizzarono dei dispositivi a luce LED che però non risultarono sufficentemente adatti a sostenere velocità dati elevate. Con i LED, i raggi erano limitati a distanze di circa sette metri con una velocità di trasmissione dati di circa 100 kilobit al secondo. Fu quindi optato per laser  a luce blu e verde, che hanno permesso 2,11 megabit al secondo su una distanza di 20 metri. Affinché l’installazione possa incorporare laser più potenti, in grado di comunicare a maggiori distanze e trasmettere più dati, si ritiene che il Raspberry Pi dovrà essere sostituito con un modem ottico dedicato con maggiori prestazioni. Ciononostante i ricercatori di KAUST sembrerebbe siano riusciti grado ad utilizzare Aqua-Fi per effettuare chiamate Skype e trasferire file.

A quando la commercializzazione?
Esiste ancora un grosso problema che deve essere affrontato al fine di rendere commercialmente possibile Aqua-Fi. Nonostante i pregi dell’uso del laser in termini di precisione, il loro impiego è soggetto alla turbolenza delle acque che possono deviare un raggio facendogli perdere il contatto con  il ricevitore.

I ricercatori del KAUST stanno esplorando due opzioni per risolvere questo problema. Il primo è usare una tecnica simile alla “recinzione fotonica” sviluppata per uccidere le zanzare. Un laser guida a bassa potenza esegue la scansione per il ricevitore. Quando viene stabilita una connessione, questo informa un altro laser ad alta potenza per iniziare ad inviare i dati. Se, a causa del moto ondoso, il sistema venisse disallineato, il laser ad alta potenza si spegne e il laser guida entra in azione, avviando un’altra ricerca.

L’altra opzione è una soluzione simile al MIMO (Multiple-input and multiple-output) che utilizza una piccola serie di ricevitori in modo che anche se l’emettitore laser viene deviato il segnale viene ricevuto da un’altro.

Nelle telecomunicazioni la tecnica MIMO indica l’uso di un sistema di antenne multiple intelligenti sia sul lato emittente sia sul lato ricevente, allo scopo di migliorare le prestazioni del canale di comunicazione. Questa tecnologia è di particolare interesse quando applicata alle comunicazioni digitali wireless, dato che offre miglioramenti notevoli nel throughput e nella distanza di trasmissione senza ricorrere alla necessità di aumentare la banda o la potenza di trasmissione grazie ad una maggiore efficienza spettrale.

Quali i possibili impieghi?
La ricerca scientifica subacquea, in particolar modo per la conservazione ed il monitoraggio remoto della vita marina e delle barriere coralline, necessita di dati che possono essere ottenuti tramite video ad alta definizione raccolti e trasmessi da telecamere sottomarine wireless. 

in futuro potremo scambiare informazioni sia sott’acqua che verso la superficie senza i limiti di pesanti ombelicali

Ma esistono altri campi altrettanto importanti. Aziende come Microsoft stanno esplorando la possibilità di collocare data center offshore e subacquei. Posizionare data center sul fondo dell’oceano potrebbe far risparmiare denaro sia sul raffreddamento delle apparecchiature che sui costi energetici, utilizzando l’energia cinetica delle onde che può essere raccolta e convertita in elettricità. Il colloquio tra i sistemi richiederà in certi casi comunicazioni sicure subacquee e sistemi come Aqua-Fi potrebbero essere una valida soluzione per consentirci di scambiare informazioni in dati reali sott’acqua senza bisogno di ombelicali. Un sogno che sta diventando una realtà, ma intanto continuiamo a seguire.

 

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