Несмотря на тысячелетнюю историю подводного плавания, способы коммуникации под водой довольно ограничены. Как правило, при необходимости сообщить что-то компаньонам аквалангисты и даже фридайверы используют установленные или импровизированные сигналы, доски для письма либо специальную акустическую аппаратуру. Все эти способы имеют свои ограничения, которые заметно усложняют коммуникацию, особенно в чрезвычайных ситуациях. В поиске доступной и удобной альтернативы учёные из Вашингтонского университета разработали специальное приложение AquaApp, которое позволит ныряльщикам использовать для общения собственный смартфон.

Для дайверов коммуникация при помощи радиосвязи под водой фактически невозможна, поскольку при прохождении через толщу воды используемые в традиционной радиосвязи электромагнитные волны ослабляются и искажаются. Визуальные методы также не всегда применимы, поскольку для их эффективности необходимо иметь достаточный уровень видимости, который трудно обеспечить в мутных водах или при значительном удалении дайверов друг от друга. Кроме того, для передачи сигналов в виде жестов или надписей следует убедиться, что собеседник уже смотрит в нужную сторону. Наиболее перспективным направлением является коммуникация при помощи акустических сигналов, однако до сих пор главным недостатком подобных систем была довольно высокая стоимость аппаратуры.

Команда исследователей из Вашингтонского университета разработала приложение AquaApp, которое можно использовать для акустической коммуникации под водой при помощи обычных смартфонов, заключённых в водонепроницаемые чехлы. В AquaApp доступны 240 запрограммированных сообщений, соответствующих традиционным дайверским жестам. Для упрощения коммуникации разработчики вынесли 20 наиболее популярных сигналов на экран быстрого доступа, а остальные сообщения можно отсортировать по 8 тематическим категориям, например, «оборудование» или «окружение».

После выбора сообщения в AquaApp динамики смартфона воспроизводят его в виде серии акустических импульсов. Их улавливает микрофон смартфона получателя и конвертирует в визуальный сигнал. Приложение уведомляет отправителя о получении сообщения. Учёные разработали своего рода сетевой протокол, при помощи которого одновременно общаться под водой могут до 60 пользователей. Тестирование приложения проходило в 6 различных локациях на глубине от 2 до 15 метров в присутствии весельных и моторных судов, людей и морских обитателей. Основываясь на полевых испытаниях, исследователи установили, что AquaApp наиболее эффективен на расстоянии до 30 метров при битрейте от 100 бит/с до 1,8 кбит/с. Впрочем, отдельные сигналы, например, SOS, можно отправлять и принимать на расстоянии до 100 метров за счёт понижения битрейта до 10-20 бит/с.

Экспериментируя с приложением, исследователи обнаружили ряд факторов, которые нарушают информативность сигналов. К ним относятся помехи вследствие отражения звуковой волны от подводных объектов или дна и фоновых шумов вроде звука судовых двигателей. Кроме того, на результаты работы алгоритма влияла физическая ориентация дайверов по отношению друг к другу, а также наличие непредсказуемых вариаций в характеристиках динамиков и микрофонов смартфонов. Решением для всех этих проблем стал «пробный вызов». Для калибровки связи первый смартфон отправляет короткий звуковой сигнал. На смартфоне получателя запущенный AquaApp анализирует сигнал и обратным звуковым импульсом сообщает отправителю оптимальные характеристики для полноценного сигнала: битрейт, частоту и т. п. Разработчики утверждают, что пользоваться приложением можно и при помощи смарт-часов при наличии у них соответствующего уровня защиты для погружений. Создатели AquaApp распространяют его бесплатно: на GitHub доступен его исходный код.

Источник фото: University of Washington / «Underwater Messaging Using Mobile Devices» Tuochao Chen, Justin Chan, Shyamnath Gollakota et al.