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Cómo mejorar las comunicaciones submarinas ultrasónicas

Investigadores de la Universidad de Málaga han modelado y descrito por primera vez el comportamiento de señales acústicas ultrasónicas, no audibles por el ser humano, en el medio marino. El trabajo abre el camino al diseño de sistemas de comunicación eficientes y de tamaño reducido con aplicaciones en campos como la monitorización de granjas de peces, las misiones de rescate o la detección preventiva de fenómenos como los tsunamis.

Campaña de los ingenieros de comunicaciones de la Universidad de Málaga. / Fundación Descubre

Miembros del departamento de Ingeniería de Comunicaciones de la Universidad de Málaga han analizado, por primera vez, las características de la transmisión de información bajo el mar mediante ultrasonidos, es decir, ondas acústicas no audibles para el ser humano. Con los datos obtenidos, los expertos han profundizado en el conocimiento del mar como canal para la transmisión de información para diseñar sistemas de comunicación subacuáticos más eficientes.

Según los investigadores, el trabajo permite detectar y solventar los problemas que afectan a las comunicaciones submarinas, aplicable en campos tan variados como las misiones de búsqueda y rescate, el mantenimiento de plataformas petrolíferas o la monitorización de granjas de peces.

El sistema de comunicaciones subacuáticas de este estudio es inalámbrico, es decir, sin cables. Está formado por un transmisor, que convierte la información que se emite en una señal que se propaga, en forma de onda, a través de un medio físico o canal de transmisión, en este caso, el agua; y un receptor que capta la señal y extrae la información final.

Se ha estudiado el mar como canal para transmitir información y diseñar sistemas de comunicación subacuáticos más eficientes

Aunque las ondas sobre las que viaja la información pueden ser de varios tipos, las más adecuadas para el canal acuático son las acústicas, es decir, el sonido. En este sentido, según indican los investigadores, la mayoría de los sistemas de comunicación submarinos trabajan con ondas de frecuencia baja o audiofrecuencias, es decir, pueden ser percibidas por el ser humano.

Por el contrario, continúan, hay pocos trabajos dedicados al análisis de comunicaciones en frecuencia alta o banda ultrasónica. “El canal submarino es un entorno duro. Además de sufrir una enorme pérdida de energía, las ondas acústicas están afectadas por la agitación de las olas y de la masa de agua que provocan que la señal fluctúe de forma errática, pudiendo desvanecerse a intervalos cortos de tiempo. Este fenómeno de desvanecimiento se llama fading. Las comunicaciones ultrasónicas están más expuestas a sus efectos”, explica el investigador de este proyecto, Jesús López Fernández, de la Universidad de Málaga.

El uso de ondas ultrasónicas permite, además, la utilización de transmisores y receptores de tamaño y peso reducido. Ello se debe a la relación que existe entre la frecuencia de una onda, es decir, el número de veces que se repite en un segundo, y el tamaño del receptor que puede captarla. “En términos generales, cuanto mayor sea la frecuencia de funcionamiento de un sistema menor es su tamaño físico y viceversa; por ejemplo, los altavoces", comenta el investigador.

"Para sonidos muy graves o de baja frecuencia, necesitaremos altavoces grandes. Por el contrario, para sonidos muy agudos o de alta frecuencia, los dispositivos son más pequeños. Las ondas ultrasónicas, de mayor frecuencia que las utilizadas normalmente en comunicaciones subacuáticas, propicia que el tamaño de los receptores sea más pequeño”, añade.

Campaña de medidas en el Mediterráneo

Para realizar este trabajo, los expertos realizaron una campaña de medidas en aguas poco profundas del Mediterráneo, en Cartagena (Murcia), y se emplearon dos embarcaciones con equipos impermeabilizados. Desde cada barco se sumergía un cable con un transmisor o un receptor. Los ensayos consistían en enviar distintos tonos o pitidos y capturar la señal recibida.

De esta forma, los expertos registraron las fluctuaciones de las ondas acústicas en diferentes distancias entre dos puntos (50, 10 y 200 metros); y en distintas profundidades de los equipos sumergidos (3, 6 y 9 metros) y del lecho marino (16, 20 y 25 metros).

Se presenta un modelo estadístico con las características del medio marino que pueden afectar a la transmisión de señales

Con los resultados de esta campaña de mediciones, que se recogen en un estudio publicado en la revista Sensors, los científicos han elaborado un modelo estadístico que recoge las características del medio marino que pueden afectar a la transmisión de señales. “Esta herramienta, además, nos permitirá realizar simulaciones para emular el efecto medio submarino en las comunicaciones ultrasónicas y poder así diseñar sistemas más eficientes”, aclara López Fernández.

Para el experto, la exploración de la frecuencia ultrasónica es un paso fundamental para el diseño de sistemas de comunicaciones subacuáticas eficientes que pueden utilizarse en una gran variedad de campos. “Desde la monitorización del entorno marino, de piscifactorías o de sistemas de gas y petróleo, hasta las comunicaciones entre buzos o de vehículos submarinos con la estación flotante en barco, la detección preventiva de fenómenos como los tsunamis o las misiones de búsqueda y rescate”, comenta el autor de este proyecto, financiado por la consejería de Economía y Conocimiento de la Junta de Andalucía.

Al igual que los sonidos audibles se diferencian en tonos, graves o agudos, los ultrasonidos también incluyen tonos diferentes en función de la frecuencia de la onda. En su próximo trabajo, los investigadores continuarán las mediciones con un rango mayor de frecuencias ultrasónicas que aportarán una información más detallada sobre el medio submarino.

Referencia bibliográfica:

Cañete, Francisco J.; López-Fernández, Jesús; García-Corrales, Celia; Sánchez, Antonio; Robles, Encarnación; Rodrigo, Francisco J.; Paris, José F. "Measurement and Modeling of Narrowband Channels for Ultrasonic Underwater Communications". Sensors 2016 Feb 19;16 (2). http://dx.doi.org/10.3390/s16020256

Fuente: Fundación Descubre
Derechos: Creative Commons
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