Con el zumbido de la electrónica hacia IoT, la comunicación de máquina a máquina y los dispositivos conectados, los ingenieros de diseño están en constante búsqueda para encontrar un modo sublime de técnica de comunicación para intercambiar información entre dos dispositivos electrónicos. Si bien ya hay muchas opciones para seleccionar, como BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox, etc., una empresa llamada Chirp ha desarrollado un SDK que permite el intercambio de datos a través del sonido simplemente usando el altavoz y el micrófono del dispositivo sin la necesidad de mondadura. Además de eso, el SDK es independiente de la plataforma y también admite la comunicación de datos de baja potencia.
El SDK codifica los datos en un flujo de audio único y los reproduce a través del altavoz del dispositivo, este flujo de audio puede ser recogido por cualquier dispositivo usando un micrófono y decodificarlo para obtener el mensaje real. El SDK es multiplataforma y ya es compatible con Android, iOS, Windows y python, entre otros. También se puede utilizar en plataformas de microcontroladores como ARM y es compatible con plataformas de desarrollo como ESP32 y Raspberry Pi. Para saber más sobre Chirp y sus posibles aplicaciones, Circuit Digest se acercó al Dr. Daniel Jones - CTO de Chirp, para discutir algunas preguntas. Las respuestas para las cuales se resumen a continuación
1. ¿Cuál es la tecnología detrás de chirp y cómo funciona?
Chirp es una forma de transmitir información mediante ondas sonoras. A diferencia de Wi-Fi o Bluetooth que utiliza radiofrecuencias, Chirp codifica datos en tonos que se pueden reproducir (transmitir) con cualquier altavoz de computadora y recibir a través de cualquier micrófono de computadora sin la necesidad de tener ningún hardware adicional como chips de RF. Esto permite que Chirp se utilice en cualquier dispositivo de consumo que tenga un altavoz y un micrófono, como teléfonos móviles, computadoras portátiles, sistema de megafonía, etc., y puede transmitir información incluso a través de la transmisión de YoutTube o la transmisión de TV.
Los tonos audibles codificados que se reproducen a través del altavoz son susceptibles a los humanos y suena como una pequeña pieza del canto de un pájaro digital, de ahí el nombre "chirp". Pero también podemos aprovechar el hecho de que el altavoz y el micrófono de la computadora también pueden funcionar con frecuencias ultrasónicas que son inaudibles para los oídos humanos, de esta manera también podemos transmitir información sobre el sonido que no podemos escuchar.
2. Con tantos protocolos de comunicación inalámbrica a nuestro alrededor como BLE, NFC, RFID, LoRa, etc. ¿Por qué todavía necesitamos chirrido? ¿Qué tiene de único?
Una razón será la fricción extremadamente baja de Chirp. A diferencia de Bluetooth o Wi-Fi, puedo usar Chirp para iniciar inmediatamente una comunicación de uno a varios para compartir un mensaje con todos los que me rodean sin tener que emparejarme con ellos. Hace que sea mucho más fácil compartir algo de forma rápida y sencilla con todos en la sala o alrededor de la mesa. Es muy útil para conectarme con personas que no he conocido antes o para interactuar con una máquina que quizás no haya conocido antes. Por ejemplo, abrir una taquilla inteligente o compartir una tarjeta de visita, etc.
Aparte de eso, muchas veces también vemos que Chirp se usa en la comunicación entre pares. Por ejemplo, Shuttl, una empresa de autobuses de la India, utiliza Chirp entre el conductor del autobús y el pasajero para comprobar si la persona ha subido al autobús y si su billete ha sido canjeado.
3. ¿Es posible configurar una comunicación en malla con Chirp? ¿Puedo comunicarme con varios dispositivos?
Sí, una de las cosas clave para recordar sobre el sonido es que es un tipo de comunicación de más, es decir, cualquier cosa cercana que esté en el rango audible de nuestro transmisor escuchará el sonido y recibirá los datos. Esto tiene ventajas y limitaciones. La ventaja es que es muy fácil para compartir por multidifusión. Para cosas como redes de malla, posiblemente funcionaría, pero necesitaría una secuencia de receptores dentro del rango de audición entre sí. Por lo tanto, normalmente tendemos a usar chirp más para uno o varios escenarios de transmisión.
4. ¿Cómo puede funcionar Chirp sin ningún paring? ¿Esto genera problemas de seguridad de los datos?
Tenemos una aplicación de demostración muy pequeña llamada "Chirp Messenger" (disponible en la tienda de Android e iOS) que muestra cómo funciona nuestro SDK. Para enviar un mensaje, el usuario puede escribir el mensaje y presionar enviar, lo que incrustará el mensaje en un tono audible y lo reproducirá a través del altavoz de mi teléfono. Por lo tanto, cualquier dispositivo cercano, que ejecute nuestro kit de desarrollo, puede recibir estos tonos de audio a través del micrófono. Estos tonos de audio se decodifican a la frecuencia constitutiva y se aplica la corrección de errores para contrarrestar los efectos del ruido y la distorsión para obtener el mensaje real. De esta manera, Chirp es completamente gratis, todo lo que se necesita es escuchar los tonos y decodificarlos.
Hay algunas implicaciones de seguridad que se pueden usar al enviar datos confidenciales a través de Chirp, como colocar algunas funciones de seguridad en el protocolo existente. Dado que Chirp es solo un medio de transferencia, puede incrustar cualquier cosa en esos tonos. Por ejemplo, puede utilizar el cifrado RSA o AES para cifrar sus datos antes de enviarlos a través de un chip y luego descifrarlos utilizando criptografía de clave pública.
5. ¿Es Chirp lo suficientemente pequeño para usarse con controladores integrados de baja potencia? ¿Cuánta energía consume?
Nos esforzamos por optimizar nuestro SDK tanto como sea posible. Tenemos un increíble equipo de DSP integrado que elimina todos los bits y bytes innecesarios del código para reducir el ciclo de la CPU. La razón de esto es que una de las grandes áreas en las que estamos viendo captación es con el chip de campo integrado. Particularmente si desea comunicarse con un dispositivo IoT de baja potencia y especificaciones. Nuestro SDK puede incluso ejecutarse en un procesador ARM Cortex M4 a una frecuencia de 90 Mhz con menos de 100 kB de RAM.
Las medidas de potencia en los controladores Cortex-M4, medidas en nuestras placas de desarrollo, fueron de alrededor de 20 mA cuando se escuchaba activamente y menos de 10uA en el modo de activación con sonido con 90 millones de ciclos por segundo. El modo de activación por sonido utiliza micrófonos de muy baja potencia de un fabricante llamado Vesper que hace que la potencia sea cero siempre en el micrófono. De esta manera, el micrófono estará activo en la lista de sonido y cuando escuche un sonido, activará el controlador Cortex del modo de suspensión para decodificar los datos.
6. ¿Cuál sería el rango de comunicación y la carga útil para la comunicación Chirp?
En términos de alcance, todo depende de qué tan fuerte sea la señal que transmita el altavoz. Cuanto mayor sea el volumen de la transmisión, mayor será el rango, esto se debe a que para recibir la información, los micrófonos tendrían que escucharla primero. Podemos controlar el rango simplemente controlando el nivel de presión sonora del dispositivo emisor. En el otro extremo, puede transmitir un chirrido a todo un estadio transmitiendo sus datos a cientos de metros de distancia o puede bajar el volumen de nuestro altavoz para transmitir sus datos dentro de una habitación.
En términos de velocidad de datos, el canal acústico es ruidoso y, por tanto, no es una velocidad que pueda utilizarse para competir con Bluetooth o Wi-Fi. Estamos hablando de cientos de bits por segundo y no en megabits. Lo que significa que se recomienda Chirp para enviar datos pequeños como valores de token, etc. Nuestros protocolos más rápidos se ejecutan a 2,5 kb / seg, pero estos son para escenarios de estilo NFC de corto alcance. En un rango muy largo, la velocidad de datos sería decenas de bits por segundo.
7. Dado que los datos se intercambian mediante ondas sonoras, ¿cómo será inmune al ruido ambiental?
Obviamente, el entorno que nos rodea es increíblemente ruidoso, desde restaurantes hasta escenarios industriales, el ruido de fondo siempre está presente. Originariamente, salimos de un laboratorio de ciencias de la computación de la University College London que estaba investigando principalmente el problema de cómo comunicarse acústicamente en un entorno ruidoso. Y tenemos varios doctores y profesores tratando de resolver este problema. Aquí es donde se enfocan muchas de nuestras investigaciones y tenemos múltiples patentes en esta área.
Como testimonio de esto, hemos operado con éxito en una planta de energía nuclear aquí en el Reino Unido. Fuimos convocados por una empresa llamada EDF Energy para enviar cargas útiles ultrasónicas a más de 80 metros de alcance en entornos de fondo increíblemente ensordecedores de hasta 100 decibeles que tenemos que usar como defensores. Aún así, pudimos alcanzar el 100% de integridad de los datos durante una prueba de 18 horas del equipo.
8. ¿Cuáles son las otras plataformas de hardware de bajo consumo que serán compatibles con Chirp?
Ya tenemos un SDK estable para ARM Cortex M4 y M7 y, a continuación, estamos trabajando en enviar solo SDK para ARM Cortex M0, que es un procesador de punto fijo que no tiene arquitectura de punto flotante. También admitimos ESP32 a través de la plataforma Arduino y también hemos comenzado a buscar el soporte FPGA para procesos extremadamente eficientes.
9. ¿Dónde se usa chirp actualmente? ¿Puede darnos algunos ejemplos de casos de uso?
La detección de proximidad es una aplicación realmente buena. Debido a que solo las personas cercanas a usted pueden escuchar sus chirridos, puede usarse como una heurística para saber quién está a su alrededor. Chirp es utilizado por una enorme plataforma de juegos sociales llamada Roblox como una forma para que los jugadores jóvenes detecten a otras personas cercanas a ellos, utilizando efectivamente chirridos ultrasónicos. De esta manera puedo sacar mi móvil y actuará como una baliza ultrasónica para ser descubierto por otros jugadores en la sala para iniciar una sesión de juego.
También estamos a punto de iniciar una asociación con una importante empresa de salas de reuniones para ayudarles con la navegación interior utilizando Chirp. Mientras camina de una habitación a otra en un edificio, es muy importante que su dispositivo sepa en qué habitación se encuentra. Con esta organización, usamos chirp como una forma para que su computadora portátil o dispositivo móvil indique en qué habitación se encuentra actualmente y le permiten establecer una conexión con una sala de reuniones.
10. ¿Cuáles son los términos de la licencia de Chirps SDK? ¿Qué tipo de lealtad está involucrada?
Para pequeñas empresas, aficionados y fabricantes de bricolaje, Chirp es completamente gratuito hasta 10,000 usuarios activos mensuales. Esto se debe a que realmente queremos que las personas utilicen nuestra tecnología y que la comunidad de desarrolladores experimente con ella. Aparte de eso, también queremos apoyar a las pequeñas empresas. Para empresas y clientes más grandes, tendemos a cobrarles una tarifa anual.