Comunicaciones subacuáticas con una millonésima parte del consumo energético de los sistemas actuales
Unos científicos han demostrado el primer sistema de redes de comunicación submarina capaz de transmitir señales a distancias kilométricas. Esta técnica, que los investigadores empezaron a desarrollar hace varios años, utiliza aproximadamente un millón de veces menos energía que la empleada por los métodos de comunicación submarina existentes.
Conjunto de transductores piezoeléctricos que permite la comunicación subacuática sin necesidad de pilas eléctricas. / Equipo de investigación. CC BY-NC-ND 3.0
El equipo de investigación y desarrollo lo integran, entre otros, Aline Eid y Waleed Akbar, ambos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos.
Al ampliar el alcance de la comunicación de su sistema sin pilas eléctricas, los investigadores han hecho más viable la tecnología para aplicaciones como la acuicultura, la predicción de huracanes costeros y el seguimiento detallado del cambio climático global en los mares.
Cuando se probó en un río y en un mar, el sistema mostró un alcance de comunicación más de 15 veces superior al de los dispositivos anteriores del mismo tipo pero con diseños menos eficientes.
Los dispositivos de tipo UBC (Underwater Backscatter Communication) utilizan un conjunto de nodos fabricados con materiales piezoeléctricos para recibir y reflejar ondas sonoras. Estos materiales producen una señal eléctrica cuando se les aplica una fuerza mecánica.
Cuando las ondas sonoras golpean los nodos, estos vibran y convierten la energía mecánica en carga eléctrica. Los nodos utilizan esa carga para dispersar parte de la energía acústica de vuelta a la fuente, transmitiendo datos que un receptor descodifica basándose en la secuencia de reflexiones.
Pero como la señal retrodispersada viaja en todas direcciones, solo una pequeña parte llega a la fuente, lo que reduce la intensidad de la señal y limita el alcance de la comunicación.
Para superar este reto, los investigadores recurrieron a un sistema de radio ideado hace unos 70 años, el retrorreflector de Van Atta, en el que pares simétricos de antenas se conectan de tal forma que el conjunto refleja la energía justo en la dirección de la que proviene.
No obstante, la conexión de nodos piezoeléctricos para crear un retrorreflector de Van Atta reduce su eficacia. Los investigadores evitaron este problema colocando un transformador entre los pares de nodos conectados. El transformador, que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro, permite que los nodos reflejen la máxima cantidad de energía de vuelta a la fuente.
Ambos nodos reciben y ambos nodos reflejan. Al aumentar la cantidad de elementos de ese sistema, se obtiene un conjunto que permite alcanzar distancias de comunicación mucho mayores.
Además, los investigadores utilizaron una técnica especial para codificar datos binarios (ceros y unos) en la señal reflejada. Cada nodo tiene un terminal positivo y otro negativo (como la batería de un coche), de modo que cuando se conectan los terminales positivos de dos nodos y los terminales negativos de dos nodos, esa señal reflejada es el “1”. Cuando el usuario conecta los terminales negativo y positivo uno con otro, entonces la señal reflejada es el “0”.
