Amb l’electrònica cap a l’IoT, la comunicació màquina a màquina i els dispositius connectats, els enginyers de disseny busquen constantment un mètode sublim de tècnica de comunicació per intercanviar informació entre dos dispositius electrònics. Tot i que ja hi ha moltes opcions per seleccionar, com ara BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox, etc., una empresa anomenada Chirp ha desenvolupat un SDK que permet l’intercanvi de dades per so simplement mitjançant l’altaveu del dispositiu i el micròfon sense la necessitat de paring. A més, l’SDK és independent de la plataforma i també admet comunicacions de dades de baix consum.
L'SDK codifica les dades en un flux d'àudio únic i les reprodueix a través de l'altaveu del dispositiu; aquest flux d'àudio el pot recollir qualsevol dispositiu que utilitzi un micròfon i descodificar-lo per obtenir el missatge real. L'SDK és multiplataforma i ja és compatible amb Android, iOS, Windows i Python, entre d'altres. També es pot utilitzar en plataformes de microcontroladors com ARM i admet plataformes de desenvolupament com ESP32 i Raspberry Pi. Per saber més sobre Chirp i les seves possibles aplicacions, Circuit Digest es va adreçar al doctor Daniel Jones, CTO de Chirp, per discutir algunes preguntes. Les respostes per a les quals s’inclouen a continuació
1. Quina és la tecnologia que hi ha darrere del chirp i com funciona?
El chirp és una manera de transmetre informació mitjançant ones sonores. A diferència del Wi-Fi o Bluetooth que utilitza freqüències de ràdio, Chirp codifica les dades en tons que es poden reproduir (transmetre) mitjançant qualsevol altaveu d’ordinador i rebre’ls a través de qualsevol micròfon de l’ordinador sense necessitat de tenir cap maquinari addicional com els xips de RF. Això permet que Chirp es pugui utilitzar en qualsevol dispositiu de consum que tingui altaveus i micròfon, com ara telèfons mòbils, ordinadors portàtils, sistema de megafonia, etc., i pugui transmetre informació fins i tot a través de la transmissió de YoutTube o de la televisió.
Els tons sonors codificats que es reprodueixen a través de l’altaveu són susceptibles a l’ésser humà i sona com una petita peça de cançó digital d’ocells, d’aquí el nom de "xisc". Però també podem aprofitar el fet que l'altaveu i el micròfon de l'ordinador també poden funcionar amb freqüències d'ultrasons que són inaudibles per a les orelles humanes, d'aquesta manera també podem transmetre informació sobre so que no podem escoltar.
2. Amb tants protocols de comunicació sense fils al nostre voltant, com ara BLE, NFC, RFID, LoRa, etc. Per què necessitem el chirp? Què hi ha de singular?
Una de les raons serà la fricció extremadament baixa de Chirp. A diferència del Bluetooth o el Wi-Fi, puc utilitzar Chirp per iniciar immediatament una comunicació entre molts usuaris per compartir un missatge amb tothom que m’envolta sense haver d’aparellar-los. Fa que sigui molt més fàcil compartir alguna cosa de manera ràpida i senzilla amb tothom que hi ha a l’habitació o al voltant de la taula. És molt útil per connectar amb persones que no he conegut abans o per interactuar amb la màquina que potser no havia conegut abans. Per exemple, obrir un armariet intel·ligent o compartir una targeta de visita, etc.
A part d’això, molt de temps també veiem que Chirp s’utilitza a la comunicació d’igual a igual. Per exemple, Shuttl, una companyia d’autobusos índia, utilitza Chirp entre el conductor i el passatger per comprovar si la persona ha pujat a l’autobús i si el seu bitllet s’ha canviat.
3. És possible configurar una comunicació de malla amb Chirp? Puc comunicar-me amb diversos dispositius?
Sí, un dels aspectes clau que cal recordar sobre el so és que és un tipus de comunicació massa elevat, és a dir, qualsevol cosa que sigui a prop que es trobi al rang audible del nostre transmissor sentirà el so i rebrà les dades. Això té avantatges i limitacions. L’avantatge és que és molt fàcil per compartir multidifusió. Per a coses com les xarxes de malla, possiblement funcionaria, però necessitareu una seqüència de receptors dins de l’àmbit auditiu. Per tant, normalment acostumem a fer servir més el chirp per a un o molts escenaris de difusió.
4. Com pot funcionar Chirp sense fer cap paratge? Això comporta problemes de seguretat de dades?
Tenim una aplicació de demostració molt petita anomenada "Chirp Messenger" (disponible a la botiga Android i iOS) que mostra com funciona el nostre SDK. Per enviar un missatge, l'usuari pot escriure el missatge i prémer enviar, que incrustarà el missatge en un to audible i el reproduirà des del meu altaveu del telèfon. Per tant, qualsevol dispositiu proper que executi el nostre kit per a desenvolupadors pot rebre aquests sons d’àudio a través del micròfon. Aquests tons d'àudio es descodifiquen a la freqüència constitutiva i s'aplica la correcció d'errors per contrarestar els efectes del soroll i la distorsió per obtenir el missatge real. D'aquesta manera, Chirp està completament lliure, només cal escoltar els tons i descodificar-los.
Hi ha algunes implicacions de seguretat que es poden utilitzar quan s’envien dades sensibles mitjançant Chirp, com ara posar cap funció de seguretat al protocol existent. Com que Chirp és només un mitjà de transferència, podeu inserir qualsevol cosa en aquests tons. Per exemple, podeu utilitzar el xifratge RSA o AES per encriptar les vostres dades abans d'enviar-les per un xip i després desxifrar-les mitjançant criptografia de clau pública.
5. El Chirp és prou petit per utilitzar-lo amb controladors incrustats de baixa potència? Quanta energia consumeix?
Ens esforcem per optimitzar al màxim el nostre SDK. Tenim un increïble equip DSP incrustat que retalla tots els bits i bytes innecessaris del codi per reduir el cicle de la CPU. El motiu d’això és que una de les grans àrees en què estem veient la captació és amb el xip de camp incrustat. Particularment si voleu comunicar-vos amb un dispositiu IoT de poca potència i poca especificació. El nostre SDK fins i tot pot funcionar amb un processador ARM Cortex M4 que funciona a una freqüència de 90 MHz amb menys de 100 KB de RAM.
Les mesures de potència dels controladors Cortex-M4, mesurades a les nostres plaques de desenvolupament, eren d’uns 20 mA quan s’escolta activament i menys de 10 uA en mode de despertat en so amb 90 M de cicles per segon. El mode de son activat utilitza micròfons de molt baixa potència d’un fabricant anomenat Vesper que sempre fa que el micròfon no tingui potència nul·la. D'aquesta manera, el micròfon llistarà activament per obtenir so i quan escolti un so, activarà el controlador Cortex del mode de repòs per descodificar les dades.
6. Quin seria el rang de comunicació i la càrrega útil de Chirp Communication?
Pel que fa a l'abast, tot depèn de la intensitat de la transmissió del senyal per l'altaveu. Com més gran sigui el volum de l’emissió, més s’ampliarà, ja que per rebre la informació els micròfons haurien d’escoltar-la primer. Podem controlar l'abast de manera senzilla controlant el nivell de pressió acústica del dispositiu emissor. A l’extrem, podeu emetre un crit a tot un estadi transmetent les vostres dades a centenars de metres de distància o podeu reduir el volum dels altaveus que transmetin les vostres dades dins d’una habitació.
Pel que fa a la velocitat de dades, el canal acústic és sorollós i, per tant, no és una taxa que es pugui utilitzar per competir amb Bluetooth o Wi-Fi. Estem parlant de centenars de bits per segon i no en megabits. Això vol dir que es recomana que Chirp s'utilitzi per enviar dades petites, com ara valors de token, etc. Els nostres protocols més ràpids funcionen a 2,5 kb / s, però són per a escenaris d'estil NFC de curt abast. En un interval molt llarg, la velocitat de dades seria de 10 bits de segon.
7. Com que les dades s’intercanvien mitjançant ones sonores, com serà immune al soroll ambiental?
Viouslybviament, l’entorn que ens envolta és increïblement sorollós, des de restaurants fins a escenaris industrials sempre hi ha sorolls de fons. Vam sortir originàriament d’un laboratori d’informàtica de la University College London, que estudiava principalment el problema de com comunicar-se acústicament en un entorn sorollós. I tenim diversos doctors i professors que intenten solucionar aquest problema. Aquí és on es centren moltes investigacions i tenim diverses patents en aquesta àrea.
Com a testimoni d'això, hem operat amb èxit en una central nuclear aquí al Regne Unit. Ens va provocar una empresa anomenada EDF energy per enviar càrregues útils per ultrasons de més de 80 metres en entorns de fons increïblement ensordidors fins a 100 decibels que hem de portar defensors. Tot i així, hem estat capaços d'assolir el 100% de la integritat de les dades durant una prova de 18 hores de l'equip.
8. Quines són les altres plataformes de maquinari de baix consum que seran compatibles amb Chirp?
Ja tenim un SDK estable per a ARM Cortex M4 i M7 i, a continuació, estem treballant en enviar només SDK per a ARM Cortex M0, que és un processador de punt fix que no té arquitectura de punt flotant. També donem suport a ESP32 a través de la plataforma Arduino i també hem començat a estudiar el suport FPGA per obtenir processos extremadament eficients.
9. On s’utilitza actualment el chirp, ens podeu posar pocs exemples de casos d’ús?
La detecció de proximitat és una aplicació realment bona. Com que només les persones properes a vosaltres poden escoltar els vostres pits, es pot utilitzar com a heurística per saber qui us envolta. Chirp és utilitzat per una enorme plataforma de jocs socials anomenada Roblox com una manera perquè els joves jugadors puguin detectar altres persones properes a ells, utilitzant efectivament els xips ultrasònics. D'aquesta manera, puc treure el mòbil i actuarà com un far d'ultrasons que podran descobrir altres jugadors de la sala per iniciar una sessió de joc.
També estem a punt de llançar una associació amb una important empresa de sales de reunions per ajudar-los en la navegació interior mitjançant Chirp. A mesura que camineu d’una habitació a l’altra d’un edifici, és molt important que el vostre dispositiu sàpiga en quina habitació us trobeu. Amb aquesta organització, fem servir el chirp com a manera que el vostre ordinador portàtil o mòbil us indiqui a quina habitació us trobeu i us permetrà establir una connexió amb una sala de reunions.
10. Quins són els termes de llicència de Chirps SDK? Quin tipus de lleialtat hi ha?
Per a empreses més petites, aficionats i fabricants de bricolatge, Chirp és totalment gratuït fins a 10.000 usuaris actius mensuals. Això es deu al fet que realment volem que la gent que faci servir la nostra tecnologia i la comunitat de desenvolupadors hi experimentin. A part, també volem donar suport a les petites empreses. Per a empreses i clients més grans, solem cobrar-los una quota anual