I segnali manuali sott’acqua per milioni di persone che ogni anno partecipano ad attività come lo snorkeling e le immersioni subacquee, sono l’unica opzione per comunicare informazioni di sicurezza e direzionali. I subacquei ricreativi possono impiegare circa 20 segnali, mentre il vocabolario dei subacquei professionisti può superare 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 e costoso che non è ampiamente disponibile.
I ricercatori dell’Università di Washington hanno sviluppato AquaApp, la prima app mobile per la comunicazione acustica e il networking sott’acqua, può essere utilizzata con dispositivi esistenti come smartphone e smartwatch. AquaApp è stata presentata il 25 agosto al Sigcomm 2022, la conferenza annuale per i contributi di ricerca significativi nel campo dei computer e delle reti di comunicazione dati.
Tuochao Chen autore principale dello studio del dispositivo lavora presso il dipartimento Allen School of Computer Science & Engineering dell’Università di Washington, ha affermato:
«Gli smartphone si basano su segnali radio come Wi-Fi e Bluetooth per la comunicazione wireless, segnali che non si propagano bene sott’acqua, ma i segnali acustici sì. Abbiamo dimostrato con AquaApp, la possibilità di messaggistica subacquea, utilizzando l’altoparlante e il microfono ampiamente disponibili su smartphone e smartwatch. Oltre a scaricare un’app sul proprio cellulare, l’unica cosa di cui le persone avranno bisogno per il cellulare, è una custodia impermeabile valutata per la profondità dell’immersione».
Interfaccia AquaApp
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. Il team di ricercatori durante la creazione dell’app ha dovuto superare una serie di sfide tecniche mai incontrate in precedenza sulla terraferma.
Justin Chan tra i componenti del team che ha creato AquaApp, ha detto:
«Lo scenario sottomarino fa emergere nuovi problemi rispetto alle applicazioni via etere, ad esempio, le fluttuazioni della potenza del segnale sono aggravate dai riflessi dalla superficie, dal fondo 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 a seconda dei modelli di smartphone. Abbiamo dovuto adattarci in tempo reale a questi e altri fattori per garantire che AquaApp funzionasse in condizioni reali».
I ricercatori hanno evidenziato tra le altre sfide, la tendenza dei dispositivi a cambiare rapidamente posizione e vicinanza nella corrente e i vari profili di rumore che l’applicazione potrebbe incontrare a causa della presenza di imbarcazioni, animali e persino aerei a bassa quota.
Il team di ricercatori 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 della risposta in frequenza tra i dispositivi.
Ecco come funziona AquaApp
L’utente quando vuole inviare un messaggio a un altro dispositivo, la sua app invia prima una nota veloce, chiamata preambolo. AquaApp sul secondo dispositivo esegue l’algoritmo per determinare le condizioni migliori per ricevere il preambolo, poi dice al primo dispositivo di utilizzare quelle stesse condizioni per inviare il messaggio vero e proprio.
Il team di ricercatori per supportare la messaggistica tra più dispositivi, per condividere l’accesso alla rete subacquea hanno sviluppato un protocollo di rete simile alle reti WiFi essenziali il traffico internet. AquaApp sulla rete locale può ospitare fino a 60 utenti unici alla volta.
Il team di ricercatori ha testato l’utilità del sistema AquaApp nel mondo reale in sei luoghi che offrivano una varietà di condizioni d’acqua e livelli di attività, tra cui sotto un ponte in acque calme, in un famoso parco sul lungomare con forti correnti, accanto al molo di pesca di un lago affollato e in una baia con forti onde, valutando le prestazioni dell’applicazione a distanze fino a 113 metri e a profondità fino a 12 metri (vedi video).
Caratteristiche tecniche di AquaApp
Tuochao Chen ha dichiarato:
«In base ai nostri esperimenti, la portata ideale per l’invio e la ricezione di messaggi sott’acqua è di 30 metri e di 100 metri per la trasmissione di segnali SoS, queste capacità dovrebbero essere sufficienti per la maggior parte degli scenari ricreativi e professionali».
Il team di ricercatori hanno anche misurato l’impatto di AquaApp sulla durata della batteria, facendo funzionare continuamente il sistema su due smartphone Samsung Galaxy S9 al massimo volume e con gli schermi attivati. È emerso che AquaApp ha ridotto il livello della batteria dei dispositivi di appena il 32% nel corso di quattro ore, un tempo che rientra nella durata massima consigliata per le immersioni subacquee ricreative.
Shyam Gollakota, professore dell’Università di Washington presso il dipartimento Allen School of Computer Science & Engineering, ha detto:
«AquaApp porta la comunicazione subacquea alle masse. Lo stato delle reti subacquee oggi è simile a quello di Arpanet, il precursore di Internet, negli anni ’70, dove solo pochi eletti avevano accesso a Internet. AquaApp ha il potenziale per cambiare questo “status quo”, democratizzando la tecnologia subacquea, rendendola facile come scaricare un software sul proprio smartphone».
I dati del team di ricercatori e il codice Android open-source sono disponibili sul sito di AquaApp.