Per milioni di persone che partecipano ad attività come lo snorkeling e le immersioni subacquee ogni anno, i segnali manuali sono l'unica opzione per comunicare informazioni di sicurezza e direzionali sott'acqua. Mentre i subacquei ricreativi possono impiegare circa 20 segnali, il vocabolario dei subacquei professionisti può superare i 200 segnali su argomenti che vanno dal livello di ossigeno, alla vicinanza di specie acquatiche, allo svolgimento di compiti cooperativi.

La natura visiva di questi segnali manuali ne limita l'efficacia a distanza e in condizioni di scarsa visibilità. La messaggistica di testo bidirezionale è una potenziale alternativa, ma richiede hardware personalizzato costoso che non è ampiamente disponibile.

I ricercatori dell'Università di Washington mostrano come ottenere messaggi subacquei su miliardi di smartphone e smartwatch esistenti utilizzando solo software. Il team ha sviluppato AquaApp, la prima app mobile per la comunicazione acustica e il networking sott'acqua che può essere utilizzata con i dispositivi esistenti come smartphone e smartwatch.

I ricercatori hanno presentato il loro documento che descrive AquaApp il 25 agosto al SIGCOMM 2022.

"Gli smartphone si basano su segnali radio come Wi-Fi e Bluetooth per la comunicazione wireless. Quelli non si propagano bene sott'acqua, ma i segnali acustici sì", ha affermato il co-autore principale Tuochao Chen, uno studente di dottorato UW presso la Paul G. Allen School of Computer Science &Ingegneria. "Con AquaApp, dimostriamo la messaggistica subacquea utilizzando l'altoparlante e il microfono ampiamente disponibili su smartphone e orologi. Oltre a scaricare un'app sul proprio telefono, l'unica cosa di cui le persone avranno bisogno è una custodia per telefono impermeabile valutata per la profondità dell'immersione."

L'interfaccia AquaApp consente agli utenti di selezionare da un elenco di 240 messaggi preimpostati che corrispondono ai segnali manuali utilizzati dai subacquei professionisti, con i 20 segnali più comuni visualizzati in primo piano per un facile accesso. Gli utenti possono anche filtrare i messaggi in base a otto categorie, inclusi indicatori direzionali, fattori ambientali e stato delle apparecchiature.

Durante la creazione dell'app, il team ha dovuto superare una serie di sfide tecniche mai incontrate in precedenza sulla terraferma.

"Lo scenario sottomarino fa emergere nuovi problemi rispetto alle applicazioni via etere", ha affermato il co-autore principale Justin Chan, uno studente di dottorato presso la Allen School. "Ad esempio, le fluttuazioni della potenza del segnale sono aggravate dai riflessi dalla superficie, dal pavimento e dalla costa. Il movimento causato da esseri umani, onde e oggetti nelle vicinanze può interferire con la trasmissione dei dati. Inoltre, microfoni e altoparlanti hanno caratteristiche diverse tra i modelli di smartphone. adattarsi in tempo reale a questi e ad altri fattori per garantire che AquaApp funzioni in condizioni reali."

Altre sfide includevano affrontare la tendenza dei dispositivi a spostare rapidamente posizione e prossimità nella corrente e i vari profili di rumore che l'app potrebbe incontrare a causa della presenza di navi, animali e persino aerei a bassa quota.

Il team ha creato un algoritmo che consente ad AquaApp di ottimizzare, in tempo reale, il bitrate e le frequenze acustiche di ciascuna trasmissione in base a determinati parametri, tra cui distanza, rumore e variazioni nella risposta in frequenza tra i dispositivi.

Ecco come funziona:quando un utente desidera inviare un messaggio a un altro dispositivo, la sua app invia prima una breve nota, chiamata preambolo, all'altro dispositivo. AquaApp sul secondo dispositivo esegue l'algoritmo per determinare le condizioni migliori per ricevere il preambolo. Quindi dice al primo dispositivo di utilizzare le stesse condizioni per inviare il messaggio vero e proprio.

I ricercatori hanno sviluppato un protocollo di rete per condividere l'accesso alla rete subacquea, simile a come le reti WiFi arbitrano il traffico Internet, per supportare la messaggistica tra più dispositivi. AquaApp può ospitare fino a 60 utenti unici sulla sua rete locale contemporaneamente.

Il team ha testato l'utilità nel mondo reale del sistema AquaApp in sei località che offrono una varietà di condizioni dell'acqua e livelli di attività, anche sotto un ponte in acque calme, in un famoso parco sul lungomare con forti correnti, vicino al molo di pesca di un affollato lago e in una baia con onde forti. I ricercatori hanno valutato le prestazioni dell'app a distanze fino a 113 metri e profondità fino a 12 metri.

"Sulla base dei nostri esperimenti, fino a 30 metri è la distanza ideale per inviare e ricevere messaggi sott'acqua e fino a 100 metri per trasmettere segnali SoS", ha affermato Chen. "Queste capacità dovrebbero essere sufficienti per la maggior parte degli scenari ricreativi e professionali."

I ricercatori hanno anche misurato l'impatto di AquaApp sulla durata della batteria eseguendo continuamente il sistema su due smartphone Samsung Galaxy S9 al massimo volume e con gli schermi attivati. L'app ha ridotto la carica della batteria dei dispositivi di appena il 32% nel corso di quattro ore, che rientra nel tempo massimo consigliato per le immersioni subacquee ricreative.

"AquaApp porta la comunicazione subacquea alle masse", ha affermato l'autore senior Shyam Gollakota, professore di UW alla Allen School. "Lo stato delle reti subacquee oggi è simile ad ARPANET, il precursore di Internet, negli anni '70, dove solo pochi eletti avevano accesso a Internet. AquaApp ha il potenziale per cambiare lo status quo democratizzando la tecnologia subacquea e rendendola facile come scaricare software sul tuo smartphone."

I dati del team e il codice Android open source sono disponibili sul sito Web di AquaApp. + Esplora ulteriormente

Aqua-Fi:WiFi subacqueo sviluppato utilizzando LED e laser