Aqua-Fi brengt internet onder water

Dat is precies wat onderzoekers van de King Abdullah University of Science and Technology (Kaust) in Saoedi-Arabië voor zorgen. Het systeem, dat ze Aqua-Fi noemen, gebruikt een combinatie van lasers en kant-en-klare componenten om een bidirectionele draadloze verbinding voor onderwaterapparatuur te creëren. Het systeem voldoet volledig aan de IEEE 802.11 draadloze standaarden, wat betekent dat het gemakkelijk verbinding kan maken met en kan functioneren als onderdeel van het internet.

Het werkt als volgt: stel dat je een apparaat onder water hebt dat gegevens moet verzenden, zoals een waterdichte smartphone. De onderzoekers gebruiken vervolgens een gewoon Wi-Fi-signaal om dat apparaat aan te sluiten op een ‘onderwatermodem’, in het geval van het onderzoek een Raspberry Pi. De Raspberry Pi zet het draadloze signaal om in een optisch signaal (in het onderzoek een laser) dat naar een ontvanger wordt gestraald die aan een boei is bevestigd. Van daaruit worden gevestigde communicatietechnieken gebruikt om het signaal naar een satelliet te sturen. Om het onderwaterapparaat gegevens te laten ontvangen, wordt het proces eenvoudigweg omgekeerd.

Hoofdonderzoeker Basem Shihada wilde de techniek persé met ‘off-the-shelf’-componenten maken. De enige uitzondering is het circuit in de Raspberry Pi dat de signalen omzet.

In hun eerste ontwerp gebruikte het team Led’s in plaats van lasers, maar die waren niet krachtig genoeg voor hoge datasnelheden. De bundels waren beperkt tot afstanden van ongeveer 7 meter en datasnelheden van ongeveer 100 kilobits per seconde. Toen ze upgraden naar blauwe en groene lasers, behaalden ze 2,11 megabits per seconde over 20 meter.

Op dit moment wordt het systeem volgens Shihada beperkt door de mogelijkheden van de Raspberry Pi. Het team heeft het aangepaste circuit doorgebrand toen ze twee keer een te krachtige laser gebruikten. Hij zegt dat om ervoor te zorgen dat deze opstelling krachtigere lasers bevat die zowel verder kunnen communiceren als meer gegevens kunnen verzenden, de Raspberry Pi moet worden vervangen door een speciaal optisch modem.

Maar zelfs met deze beperkingen konden de onderzoekers Aqua-Fi gebruiken om Skype-oproepen te plaatsen en bestanden over te zetten:

Twee studenten praten via Skype met Aqua-Fi. Elke telefoon is verbonden met een onderwater Raspberry Pi aan elk uiteinde van de zwarte doos en een groene laser wordt verschillende keren langs de lengte van de doos gereflecteerd om een afstand van 20 meter te creëren.

Er is echter een groter probleem dat moet worden aangepakt om het systeem levensvatbaar te maken: de laseruitlijning. "Omdat lasers zo nauwkeurig zijn, kunnen zelfs licht turbulente wateren een straal uit koers raken en ervoor zorgen dat deze een receptor mist."

De onderzoekers onderzoeken twee opties om het uitlijningsprobleem op te lossen. Bij de eerste zou een geleidelaser met laag vermogen naar de receptor zoeken. Wanneer er een verbinding tot stand wordt gebracht, wordt een andere laser met een hoger vermogen geïnformeerd dat hij gegevens kan gaan verzenden. Als de golven het systeem weer verkeerd uitlijnden, zou de krachtige laser worden uitgeschakeld en de geleidingslaser opnieuw in werking treden, waardoor een nieuwe zoekopdracht wordt gestart.

De andere optie is een MIMO-achtige oplossing met een klein aantal receptoren, zodat zelfs als de laserzender een beetje door het water wordt geduwd, hij nog steeds een verbinding behoudt.

En ehhh, waarom iemand zelfs internet onder water nodig heeft? Ten eerste is er veel behoefte aan bescherming onder water voor het op afstand monitoren van bijvoorbeeld het zeeleven en koraalriffen. High-definition video verzameld en verzonden door draadloze onderzeese camera’s kan enorm nuttig zijn voor natuurbeschermers.

Maar het is ook nuttig voor de hightechwereld. Bedrijven als Microsoft onderzoeken de mogelijkheid om datacenters offshore en onder water te plaatsen. Dit kan wellicht geld besparen, zowel op het koelen van de apparatuur als op energiekosten, als de kinetische energie van de golven kan worden gewonnen en omgezet in elektriciteit. En als er datacenters onder water zijn, moet er ook internet zijn.