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Sans fil de l'eau à l'air
Illustration d'un sous-marin transmettant des ondes à la surface de l'océan. Un jet vole au-dessus. Georges Wylesol
Les chercheurs du MIT Media Lab ont franchi une étape vers la résolution d'un défi de longue date avec la communication sans fil : la transmission directe de données entre les appareils sous-marins et aériens.
Aujourd'hui, les capteurs sous-marins ne peuvent pas partager de données avec ceux sur terre, car les deux utilisent des signaux sans fil qui ne fonctionnent que dans leurs supports respectifs. Les signaux radio voyageant dans l'air meurent rapidement dans l'eau ; les signaux acoustiques, ou sonar, envoyés par des appareils sous-marins se reflètent principalement sur la surface sans percer. Les bouées ont été conçues pour capter les ondes sonar, traiter les données et envoyer des signaux radio aux récepteurs aéroportés. Mais ils peuvent s'éloigner et se perdre, et il en faut beaucoup pour couvrir de vastes zones.
Le professeur adjoint Fadel Adib et son étudiant diplômé Francesco Tonolini s'attaquent à ce problème avec un système de transmission directe sous-marine-air, appelé communication RF acoustique translationnelle (TARF). Essayer de franchir la frontière air-eau avec des signaux sans fil a été un obstacle. Notre idée est de transformer l'obstacle lui-même en un moyen de communication, dit Adib.
Dans le système, un haut-parleur acoustique standard transmet des signaux de sonar à la surface de l'eau, qui se propagent sous forme d'ondes de pression de différentes fréquences correspondant à différents bits de données. Pour envoyer un 0 , l'émetteur peut envoyer, par exemple, une onde se déplaçant à 100 hertz ; pour un un , il peut transmettre une onde de 200 Hz. Lorsque le signal atteint la surface, il provoque de minuscules ondulations dans l'eau, de seulement quelques micromètres de haut, correspondant à ces fréquences.
Positionné dans les airs au-dessus de l'émetteur se trouve un radar à très haute fréquence qui traite les signaux dans le spectre des ondes millimétriques de la transmission sans fil, entre 30 et 300 gigahertz. Le radar, qui ressemble à une paire de cônes, envoie un signal radio qui se réfléchit sur la surface vibrante et rebondit avec un angle légèrement modulé correspondant aux données envoyées. Une vibration à la surface de l'eau représentant une 0 bit, par exemple, fera vibrer l'angle du signal réfléchi à 100 Hz. Ce bit est ensuite décodé.
Les chercheurs ont testé le TARF dans les piscines du MIT, avec des nageurs perturbant l'eau environnante. L'émetteur était immergé jusqu'à 3,5 mètres sous la surface et le récepteur était positionné jusqu'à 30 centimètres au-dessus. TARF a décodé avec précision les messages, tels que Hello ! sous l'eau - à des centaines de bits par seconde, similaires aux débits de données standard pour les communications sous-marines. Un article décrivant le système et les résultats a été présenté lors de la conférence Sigcomm de cette année.
Le système pourrait ouvrir de nouvelles capacités pour la communication eau-air, dit Adib. Les sous-marins militaires pouvaient communiquer avec les avions sans faire surface et sans compromettre leur emplacement. Les drones sous-marins qui surveillent la vie marine n'auraient pas besoin de refaire constamment surface après des plongées profondes pour envoyer des données aux chercheurs, ce qui est inefficace et coûteux. Le système pourrait également aider à retrouver les avions perdus sous l'eau. Des balises de transmission acoustique pourraient être implémentées dans, disons, la boîte noire d'un avion, dit Adib. Ensuite, ils pourraient envoyer des signaux périodiquement pour que les avions de recherche les décodent.