Para milhões de pessoas que participam de atividades como snorkeling e mergulho a cada ano, os sinais manuais são a única opção para comunicar informações de segurança e direcionais debaixo d'água. Enquanto os mergulhadores recreativos podem empregar cerca de 20 sinais, o vocabulário dos mergulhadores profissionais pode exceder 200 sinais em tópicos que vão desde o nível de oxigênio até a proximidade de espécies aquáticas, até o desempenho de tarefas cooperativas.
A natureza visual desses sinais manuais limita sua eficácia à distância e em baixa visibilidade. As mensagens de texto bidirecionais são uma alternativa potencial, mas que requer hardware personalizado caro que não está amplamente disponível.

Pesquisadores da Universidade de Washington mostram como obter mensagens subaquáticas em bilhões de smartphones e smartwatches existentes usando apenas software. A equipe desenvolveu o AquaApp, o primeiro aplicativo móvel para comunicação baseada em acústica e rede subaquática que pode ser usado com dispositivos existentes, como smartphones e smartwatches.

Os pesquisadores apresentaram seu artigo descrevendo o AquaApp em 25 de agosto na SIGCOMM 2022.

"Smartphones dependem de sinais de rádio como WiFi e Bluetooth para comunicação sem fio. Esses não se propagam bem debaixo d'água, mas os sinais acústicos sim", disse o coautor Tuochao Chen, estudante de doutorado da UW na Paul G. Allen School of Computer Science. &Engenharia. "Com o AquaApp, demonstramos mensagens subaquáticas usando o alto-falante e o microfone amplamente disponíveis em smartphones e relógios. Além de baixar um aplicativo para o telefone, a única coisa que as pessoas precisam é de uma capa de telefone à prova d'água classificada para a profundidade do mergulho."

A interface AquaApp permite que os usuários selecionem a partir de uma lista de 240 mensagens predefinidas que correspondem a sinais manuais empregados por mergulhadores profissionais, com os 20 sinais mais comuns exibidos em destaque para fácil acesso. Os usuários também podem filtrar mensagens de acordo com oito categorias, incluindo indicadores direcionais, fatores ambientais e status do equipamento.

Ao construir o aplicativo, a equipe teve que superar uma variedade de desafios técnicos que não haviam encontrado anteriormente em terra firme.

“O cenário subaquático apresenta novos problemas em comparação com as aplicações no ar”, disse o coautor Justin Chan, estudante de doutorado na Allen School. "Por exemplo, as flutuações na intensidade do sinal são agravadas devido aos reflexos da superfície, do chão e do litoral. O movimento causado por humanos, ondas e objetos próximos pode interferir na transmissão de dados. Além disso, microfones e alto-falantes têm características diferentes entre os modelos de smartphone. para se adaptar em tempo real a esses e outros fatores para garantir que o AquaApp funcione em condições do mundo real."

Outros desafios incluíam abordar a tendência de os dispositivos mudarem rapidamente de posição e proximidade na corrente, e os vários perfis de ruído que o aplicativo pode encontrar devido à presença de embarcações, animais e até aeronaves voando baixo.

A equipe criou um algoritmo que permite ao AquaApp otimizar, em tempo real, a taxa de bits e as frequências acústicas de cada transmissão com base em determinados parâmetros, incluindo distância, ruído e variações na resposta de frequência entre os dispositivos.

Veja como funciona:quando um usuário deseja enviar uma mensagem para outro dispositivo, seu aplicativo primeiro envia uma nota rápida, chamada de preâmbulo, para o outro dispositivo. AquaApp no ​​segundo dispositivo executa o algoritmo para determinar as melhores condições para receber o preâmbulo. Em seguida, ele informa ao primeiro dispositivo para usar essas mesmas condições para enviar a mensagem real.

Os pesquisadores desenvolveram um protocolo de rede para compartilhar o acesso à rede subaquática, semelhante à forma como as redes WiFi arbitram o tráfego da Internet, para suportar mensagens entre vários dispositivos. AquaApp pode acomodar até 60 usuários únicos em sua rede local ao mesmo tempo.

A equipe testou a utilidade do sistema AquaApp no ​​mundo real em seis locais que oferecem uma variedade de condições de água e níveis de atividade, inclusive debaixo de uma ponte em águas calmas, em um popular parque à beira-mar com fortes correntes, próximo ao cais de pesca de um movimentado lago e em uma baía com ondas fortes. Os pesquisadores avaliaram o desempenho do aplicativo em distâncias de até 113 metros e profundidades de até 12 metros.

"Com base em nossos experimentos, até 30 metros é o alcance ideal para enviar e receber mensagens debaixo d'água e 100 metros para transmitir sinais de SoS", disse Chen. "Essas capacidades devem ser suficientes para a maioria dos cenários recreativos e profissionais."

Os pesquisadores também mediram o impacto do AquaApp na duração da bateria executando continuamente o sistema em dois smartphones Samsung Galaxy S9 no volume máximo e com telas ativadas. O aplicativo reduziu a energia da bateria dos dispositivos em apenas 32% ao longo de quatro horas, que está dentro do tempo máximo recomendado para mergulho recreativo.

"O AquaApp traz a comunicação subaquática para as massas", disse o autor sênior Shyam Gollakota, professor da UW na Allen School. "O estado das redes subaquáticas hoje é semelhante ao da ARPANET, precursora da internet, na década de 1970, onde apenas alguns poucos tinham acesso à internet. AquaApp tem o potencial de mudar esse status quo democratizando a tecnologia subaquática e tornando-a tão fácil como baixar software em seu smartphone."

Os dados da equipe e o código Android de código aberto estão disponíveis no site da AquaApp. + Explorar mais

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