Google utilizza milioni di smartphone per mappare la ionosfera della Terra e per migliorare il GPS
Google utilizza milioni di smartphone per mappare la ionosfera della Terra e per migliorare il GPS
Per la prima volta, i ricercatori hanno utilizzato dati reali di circa 40 milioni di telefoni cellulari per mappare le condizioni nella ionosfera: un'area dell'atmosfera superiore in cui sono ionizzate alcune molecole d'aria. Tali segnali di crowdsourcet potrebbero migliorare la navigazione satellitare, specialmente nelle regioni del mondo in cui i dati sono altrimenti rari, come l'Africa, il Sud America e l'Asia meridionale.Lo studio di fattibilità del team di Google è stato pubblicato il 13 novembre nella rivista Nature 1 .
"È un fantastico record di dati", afferma Anthea Coster, fisico atmosferico presso il Massachusetts Institute of Technology di Cambridge. "Completa considerevolmente la carta in aree in cui abbiamo urgentemente bisogno di maggiori informazioni."
I dati dei telefoni cellulari potrebbero ridurre gli errori GPS in alcune aree del 10-20% e ancora di più nelle regioni poco fornite, stima che Ningbo Wang, fisico atmosferico presso l'Istituto di ricerca sull'informazione aerospaziale dell'Accademia cinese delle scienze di Pechino. Anche con gli aggiustamenti, il disturbo dovuto alla ionosfera rimane una sfida, specialmente durante le tempeste solari che scatenano condizioni irregolari nella ionosfera. "I risultati presentati sono davvero impressionanti."
legamenti doppi
In caso di ionizzazione parziale dell'aria, gli elettroni liberamente mobili rallentano facilmente e influenzano i segnali radio che arrivano sulla Terra da GPS e altri satelliti di navigazione. Ciò può influire sulla sincronizzazione temporale a livello di nanosecondi, che viene utilizzato dai dispositivi di navigazione satellitare per determinare le loro posizioni. Ciò ha effetti potenzialmente gravi sugli atterraggi degli aeromobili e sui veicoli autonomi.
Le mappe reali della densità di questi elettroni sono spesso usate per correggere le fluttuazioni nella ionosfera. Gli ingegneri creano le carte utilizzando i dati da stazioni di accoglienza basate sul pavimento in grado di riconoscere i tempi di arrivo di due diverse frequenze delle onde radio ricevute dallo stesso satellite. Gli elettroni nella ionosfera lentano le onde a bassa frequenza più che ad alta frequenza, ad esempio un nanosecondo. Questa differenza fornisce informazioni sulla densità degli elettroni attraverso i quali l'onda è passata sulla strada per un destinatario.
Senza queste correzioni, il GPS sarebbe inaccurato di circa 5 metri e durante le tempeste solari di dozzine di metri se le particelle invitate aumentano la densità elettronica dal sole. Ma a molte regioni del mondo mancano le stazioni di accoglienza basate sul pavimento per creare queste carte.
backdrop di rumore
Sebbene non tutti i dispositivi di navigazione possano funzionare con diverse frequenze, i telefoni moderni spesso lo fanno. Secondo Brian Williams, informatica di Google in Mountain View, California, e co -autore dello studio, i sensori telefonici non erano precedentemente considerati pratici per mappare la ionosfera. Questo perché i dati dei telefoni cellulari sono molto più inebrianti rispetto ai dispositivi di accoglienza scientifica specificamente sviluppati, soprattutto perché ricevono solo segnali in modo intermittente e le onde radio nelle aree urbane si riflettono sugli edifici vicini.
Il team di Google ha avuto parzialmente successo grazie al gran numero di dati ottenuti. "Quando vengono combinate grandi quantità, i rumori vengono compensati e si ottiene comunque un segnale chiaro", afferma Williams. "È come se ci fosse una stazione di sorveglianza scientifica in ogni città in cui sono i telefoni."
Chiunque abbia un telefono Android e consente a Google di raccogliere dati sui sensori per migliorare l'accuratezza della posizione è stato in grado di contribuire allo studio. Tuttavia, i dati sono stati aggregati in modo da non identificare i singoli dispositivi, spiega la società.
Williams spiega che sta già lavorando all'utilizzo di questa tecnologia per migliorare l'accuratezza della posizione per gli utenti Android. Ma i dati dovrebbero anche essere utili per studi scientifici nell'atmosfera superiore della terra. La carta ha già rivelato bolle in gas ionizzato, noto come plasma, sul Sud America che non erano stati precedentemente osservati in dettaglio.
Per usare davvero la scienza, Google deve pubblicare i dati, afferma Coster, che funziona sul database Madrigal, una risorsa comunitaria per i dati geospaziali che combina date ionosferiche di migliaia di stazioni di terra. Un portavoce di Google ha informato il team di Nature News che i dati dietro lo studio sono pubblicati insieme all'articolo, ma al momento non ci sono piani per fornire nuovi dati in tempo reale.
I ricercatori stanno lavorando sull'uso di altri smartphone in altri modi. Il sistema Android Erdbiebenwarn di Google nel 2020 ha mostrato come i sensori di accelerazione negli smartphone delle persone riconoscano i terremoti e avvertono gli altri che potrebbero ancora essere colpiti. Gli utenti di Apple possono accedere a un'app che utilizza una tecnologia simile.
Finora, gli scienziati hanno considerato i telefoni come utenti finali dei servizi di navigazione, afferma Wang. Questa inversione per utilizzare i dati telefonici come dati di input è "nuovo territorio", afferma. "Questo studio segna un cambiamento entusiasmante."