MIT araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir sistemde; sualtı sonar sinyalleri, havada bulunan bir alıcı tarafından çözülebilen titreşimlere yol açıyor.
MIT araştırmacıları, kablosuz iletişim ile ilgili önemli bir sorunu çözmek için çalışıyorlar: Sualtı ve havadan gelen cihazlar arasında doğrudan veri aktarımı…
Günümüzde, su altı sensörlerinin her ikisi de yalnızca kendi ortamlarında çalışan farklı kablosuz sinyalleri kullandıklarından, verileri karadakilerle paylaşamamaktadır. Havanın içinden geçen radyo sinyalleri; su içinde çok hızlı bir şekilde yok oluyor. Sualtı aygıtları tarafından gönderilen akustik sinyaller veya sonar; çoğunlukla hiç bozulmadan yüzeyden yansıtır. Bu, okyanus arama ve denizaltıdan uçağa iletişim gibi çeşitli uygulamalar için verimsizliğe ve diğer sorunlara neden olur.
MIT Media Lab araştırmacıları ise; bu sorunu yeni bir şekilde ele alan bir sistem tasarladılar. Bir su altı vericisi su yüzeyine sonar sinyali yönlendirerek; iletilen 1 ve 0’lara karşılık gelen küçük titreşimlere neden olur. Yüzeyin üstünde, oldukça hassas bir alıcı; bu küçük aksaklıkları okur ve sonar sinyalini çözer.
Araştırmayı yürüten Media Lab Yardımcı Doçenti Fadel Adib, Yüksek Lisans Öğrencisi Francesco Tonolini ile yazdığı makalede çalışmayı şöyle anlatıyor: “Kablosuz sinyallerle hava-su sınırını aşmaya çalışmak, bir engel teşkil ediyor. Bizim düşüncemiz engelin kendisini iletişim kurmak amacıyla, bir ortama dönüştürmektir.”
Adib, “Translasyonel Akustik-RF İletişimi” (TARF) olarak adlandırılan sistemin hala ilk aşamalarında olduğunu söylüyor. Ancak, “hava taşıtı iletişiminde yeni yetenekler açabilecek” bir “kilometre taşı”nı temsil ediyor. Sistemi kullanarak, askeri denizaltılar; uçaklarla iletişim kurmak ve yerlerinden taviz vermek için yüzeye ihtiyaç duymaz. Ayrıca deniz yaşamını izleyen sualtı uçağı; derin dalışlardan sürekli olarak yeniden araştırmak ve araştırmacılara veri göndermek için ihtiyaç duymayacak.
Bir başka umut verici uygulama ise; uçaklardan kaybolan sualtılarına yapılan aramalara yardım etmektir. Adib: “Akustik iletici işaretler, bir uçağın kara kutusu içinde uygulanabilir. Her seferinde herhangi bir sinyal iletirse, bu sinyali almak için sistemi kullanabilirsiniz.”
Titreşimi çözmek…
Günümüzde bu kablosuz iletişim sorununa yönelik teknolojik çözümler, çeşitli dezavantajlara sahiptir. Şamandıralar; örneğin, sonar dalgalarını almak, verileri işlemek ve havadaki alıcılara radyo sinyalleri çekmek için tasarlandı. Ama bunlar uzaklara sürüklenip kaybolabilir. Birçoğunun geniş alanları da kapsaması ve bunları denizaltıdan yüzeye iletişim için olanaksız kılması gerekmektedir.
TARF, standart bir akustik hoparlör kullanarak sonar sinyallerini gönderen bir su altı akustik vericisi içerir. Sinyaller; farklı veri bitlerine karşılık gelen farklı frekanslardaki basınç dalgaları olarak hareket eder. Örneğin, verici bir 0 göndermek istediğinde, 100 hertz’de hareket eden bir dalga iletebilir; 1 için ise 200-hertz dalgası iletebilir. Sinyal yüzeye çarptığında; suya küçük dalgalanmalara neden olur, bu frekanslara tekabül eden yükseklikte birkaç mikrometre olur.
Yüksek veri hızları elde etmek için; sistem aynı anda birden fazla frekans iletir. Kablosuz iletişimde kullanılan ve Ortogonal Frekans Bölmeli Çoğullama adı verilen bir modülasyon şeması üzerine kurulur. Bu, araştırmacıların bir kerede yüzlerce bit iletmesini sağlar.
Vericinin üstündeki havaya yerleştirilmiş, 30 ve 300 gigahertz arasında, kablosuz iletimin milimetre dalga spektrumundaki sinyalleri işleyen; son derece yüksek frekanslı yeni bir radar türüdür. Ayrıca yaklaşan yüksek frekanslı 5G kablosuz ağın çalışacağı banttır.
Bir çift koza benzeyen radar; titreşen yüzeyi yansıtan ve radara geri dönen bir radyo sinyali iletir. Sinyalin yüzey titreşimleriyle çarpışmasından dolayı; sinyal tam olarak sonar sinyali tarafından gönderilen, veri bitine karşılık gelen biraz modüle edilmiş bir açı ile geri döner. Örneğin; 0 bit’i temsil eden su yüzeyindeki bir titreşim, yansıyan sinyalin açısının 100 hertz’de titreşmesine neden olacaktır.
Adib: “Su yüzeyinde olduğu gibi herhangi bir yer değiştirme olduğunda, radar yansıması biraz değişecektir. Bu küçük açı değişikliklerini toplayarak; sonar sinyaline karşılık gelen bu varyasyonları alabiliriz.”
“Fısıltı”yı dinlemek…
Çalışmanın, radarın su yüzeyini tespit etmesine de yardımcı olmaktı. Bunu yapmak için araştırmacılar; çevredeki yansımaları algılayan; onları mesafe ve güç ile düzenleyen bir teknoloji kullandılar. Yeni sistemin ortamında en güçlü yansıma; su olduğundan, radar yüzeye olan mesafeyi bilir. Sistem oluşturulduktan sonra, diğer tüm aksaklıkları göz ardı ederek; o mesafedeki titreşimleri yaklaştırır.
Bir sonraki büyük zorluk; daha büyük doğal dalgalarla çevrili mikrometrik dalgaları yakalamaktı. Kılcal dalgalar olarak adlandırılan bu en küçük okyanus dalgaları; sakin günlerde sadece 2 santimetre uzunluğunda olmasına rağmen; normal titreşimlerin 100.000 katı kadardır. Daha sert denizler; 1 milyon kat daha büyük dalgalar oluşturabilir.
Adib: “Bu durum, su yüzeyindeki küçük akustik titreşimlere engel oluyor. Çığlık atan birilerini dinlerken aynı anda fısıldayan birini duymaya çalışmak gibi…”
Bunu çözmek için, araştırmacılar sinyal işleme algoritmaları geliştirdiler. Doğal dalgalar yaklaşık 1 veya 2 hertz’de ya da her saniye sinyal alanı üzerinde bir dalga şeklinde oluşur. Bununla birlikte, 100 ila 200 hertz sonar titreşimleri, yüz kat daha hızlıdır. Bu frekans farkından dolayı; algoritma hızlı hareket eden dalgalar üzerinde sıfırlanırken, daha yavaş olanları göz ardı eder.
Suları test etmek…
Araştırmacılar; TARF‘i bir su deposunda ve MIT’nin kampüsündeki iki farklı yüzme havuzunda, 500 deneme sürüşü ile gerçekleştirdiler.
Tankta; radar yüzeyden 20 santimetre ila 40 santimetre arasında bir aralıkta yerleştirildi ve sonar vericisi yüzeyde 5 santimetreden 70 santimetreye kadar yerleştirildi. Havuzlarda; radar yüzeyinin yaklaşık 30 santimetresine konumlandırıldı; verici ise yaklaşık 3.5 metre altına daldı. Bu deneylerde, yüzücüler de yaklaşık 16 santimetreye kadar yükselen dalgalar yarattı.
Her iki durumda da, TARF çeşitli verileri; (örneğin “Su altından merhaba!” cümleleri gibi…) sualtı iletişimleri için standart veri hızlarına benzer şekilde, saniyede yüzlerce bit veri gönderildi.
Adib: “Yüzücüler etrafında yüzerken su akıntılarına neden olsalar da, bu sinyalleri hızlı ve doğru bir şekilde çözebildik. Bununla birlikte, 16 santimetreden daha yüksek dalgalarda, sistem sinyalleri deşifre edemez. Bir sonraki adım ise; diğer şeylerin yanı sıra; sistemin daha sert sularda çalışmasını sağlamaktır.”
San Diego California Üniversitesi Bilgisayar Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Aaron Schulman: “TARF; radar kullanarak sualtı akustik şanzımanları almanın mümkün olduğunu gösteren ilk sistemdir. Bu yeni radar-akustik teknolojisinin sualtı akustiğine (örneğin deniz biyolojisine) bağlı olan alanlarda kullanılabileceğini düşünüyorum. Böylece Radar-Akustik bağlantıların nasıl pratik ve dayanıklı hale getirileceğini araştırmak açısından bilimsel topluma ilham verecek.”
Ayrıca sistemler; su yüzeyine doğru uçan bir drone ya da uçağın yaklaştıkça; sonar sinyallerini sürekli olarak alabilecek ve kodunu çözmesini de sağlayabilecek.
