Medición de micrones: la búsqueda para construir un mejor GPS

El GPS puede guiarlo por la ciudad o por el país, navegando por caminos polvorientos tan fácilmente como las autopistas de seis carriles. Pero como cualquiera que accidentalmente arrojado a un lago Puedo decirle que el GPS no es perfecto. No puede mantenerte en un carril específico, por ejemplo, ni esquivar autos cercanos, ni guiarte por una rampa de salida. Por eso John Deere construyó un sistema mejor.

Sí, eso John Deere.

Verá, el sistema GPS que la mayoría de la gente conoce fue diseñado en la década de 1970 y, por lo que es, es realmente extraordinario. Una red de 24 satélites funcionando más o menos continuamente durante 27 años? ¿Dar la vuelta al mundo desde los gélidos confines del espacio, observar sin cesar y echar una mano cortésmente? ¿Gratis? Maravilloso. Pero fue diseñado para reemplazar los mapas de papel, que rara vez miden hasta una pulgada. Los coches autónomos necesitan saber no sólo que estás en la autopista 61, sino también

exactamente dónde estás (a 75 millas por hora nada menos). Los drones y tractores autónomos para la agricultura han impulsado un renacimiento rural llamado Agricultura de precisión — y para trabajar, se requiere precisión.

Para agregar ese nivel de detalle (y revisar el sistema en general), los investigadores han estado trabajando para reemplazar la flota de satélites existente con una nueva iteración llamada GPSIII. La semana pasada dio un paso adelante cuando SpaceX finalmente lanzó un cuarto satélite a su lecho estrellado. Es un proceso largo: publicó Lockheed Martin una breve historia del esfuerzo para actualizar el sistema GPS en 2012, y todavía apenas estamos comenzando. Se supone que todo estará terminado en 2023, con un coste cercano a los 6.000 millones de dólares.

¿Puede la industria privada hacerlo mejor? Para conocer de cerca lo que podría reemplazar al GPS, hablamos con dos empresas que lideran la iniciativa y desarrollan alternativas.

Cómo Deere construyó un mejor GPS

Antes de señalar sus fallos, tengamos en cuenta que el GPS es un sistema fantástico. De hecho, es difícil entender la ambición y la audacia de la constelación de satélites existente. Imagine los desafíos detrás del lanzamiento de una antena de precisión que cuesta unos cientos de millones de dólares y tiene la forma más o menos de un camión de helados Mister Softee. Para completar el acto, los militares lo lanzan sobre un cohete que quema 2.700 libras de oxígeno líquido por día. segundo, lanzarlo al espacio a Mach 1... y luego liberarlo suavemente en órbita a unas 13.000 millas lejos. Recuerde, el diámetro de la Tierra es de sólo 7.900 millas.

Ahora, imagina los algoritmos y cálculos necesarios para mantenerlo en una órbita precisa, sin chocar nunca con los otros satélites. transmitiendo constantemente, las baterías nunca fallan, los relojes apenas se desincronizan a medida que los meses se convierten en años, y obtendrá el punto. Es un logro enorme. Sin embargo, no es suficiente.

En teoría, el GPS tiene una precisión de hasta 3 pies, pero en realidad es más o menos de 15 pies, lo suficientemente bueno como para llevarlo al supermercado, pero poco preciso. Por ejemplo, si ha plantado dos tomates tradicionales y algunos pepinos en su patio trasero, es fácil cultivar una pequeña cosecha sin saber dónde está regando. Si estás plantando cientos de acres, pequeños errores de telemetría pueden arruinarte.

“¿Los viejos tiempos de trabajar todo el día y tal vez papá termina y llega a casa con el hijo o la hija? Eso ya está prácticamente hecho”, dijo a Digital Trends Al Savage, gerente de StarFire Network en John Deere. “Lo que los agricultores quieren es más rendimiento. Precisión en términos de siembra en hileras, fumigación, etc., para no atropellar los cultivos”.

Según la NASA (Sí, eso NASA), cuando un agricultor recorre un campo arrastrando una sembradora, un arado u otro equipo detrás de un tractor, las hileras creadas se superponen en aproximadamente un 10 por ciento. Esto significa que una porción importante del campo recibe el doble de semillas, fertilizantes y pesticidas necesarios, y el trabajo lleva más tiempo del necesario. Los tractores actuales utilizan sistemas de posicionamiento digital al igual que su automóvil, pero requieren un nivel de precisión completamente diferente. Entonces, con la ayuda de la agencia espacial, John Deere construyó un sistema mejor.

"GPS diferencial es como lo llaman", dijo Savage. Para obtener los datos de posicionamiento granulares que necesitan los agricultores modernos, Deere construyó una serie de sitios de referencia terrestres en todo el mundo. para recopilar un segundo conjunto de datos de posicionamiento, una gran cantidad de datos que la empresa transmite y almacena en dos datos principales centros. Esa información se transmite a un conjunto de satélites geoestacionarios administrados por Inmarsat (John Deere alquila espacio en ellos) y luego se transmite de regreso a Los receptores StarFire de la compañía en tractores locales: un viaje de ida y vuelta que es más largo que abarcar todo el mundo pero que dura aproximadamente lo mismo que un solo viaje. aliento.

“Estamos hablando de 12, 13.000 millas y, en algunos casos, 20.000 millas. Y esto sucede en cinco segundos, así que puedes imaginar lo rápido que es y la cantidad de datos que fluyen”, explicó Savage. El tiempo que tarda una señal en viajar a la Tierra desde los satélites GPS, combinado con relojes en órbita a la deriva. ligeramente desincronizado y el ruido de la señal de partículas cargadas eléctricamente en nuestra atmósfera, hace que el GPS existente datos imprecisos. Al combinar los datos satelitales con los datos de su red terrestre, Deere puede triangular la ubicación con mucha más precisión.

“Cuando se pulveriza, hay que ser específico y preciso. Eso le permite ahorrar en herbicidas, fungicidas, pesticidas y aerosoles”, señala Savage.

Cómo el 5G está encontrando un camino

Si lees un sitio de tecnología en estos días, habrás escuchado el revuelo que existe 5G. La nueva y rápida red celular ofrece una variedad de beneficios, el principal de los cuales es la velocidad. Qualcomm ha demostrado velocidades máximas de descarga de alrededor de 4,5 gigabits por segundo y velocidades promedio de transmisión de datos de alrededor de 1,4 gigabits por segundo. Eso es lo suficientemente rápido como para descargar una película de dos horas en aproximadamente 17 segundos, frente a los aproximadamente 6 minutos de una conexión 4G actual. En otras palabras, nuevos 5G Los teléfonos serán aproximadamente 1000 veces más rápidos que el teléfono que actualmente lleva en su bolsillo.

Pero 5G es más que teléfonos: Qualcomm está convencido de que 5G Tendrá los coches del mañana. hablando uno al otro y acompañándolos a todos solos. Para ello, los chips de Qualcomm hacen algo más que transmitir datos más rápido. Soportan CV2X (vehículo celular para todo) comunicación, que ofrece comunicaciones directas entre automóviles y otros objetos inteligentes en la infraestructura de una ciudad.

Una parte poco discutida de los planes automotrices de Qualcomm implica la construcción de un sistema para eliminar el problema de precisión del GPS de 3 a 15 pies. Para ello, la empresa se apoyó en su cartera de patentes existente; combina datos de los satélites existentes del Sistema Global de Navegación por Satélite (incluidos GPS, El Galileo de Europa, GLONASS de Rusia, y más) con algo llamado VEPP, o posicionamiento preciso mejorado con visión. En esencia, Qualcomm planea utilizar imágenes de cámaras de video existentes para señalar la ubicación precisa de un automóvil.

"El costo de hacer esto no es astronómico", dijo a Digital Trends Nakul Duggal, vicepresidente senior de gestión de productos de Qualcomm. "Básicamente necesitas una cámara estándar como la que tienes hoy... todo lo demás es algo para lo que ya estás habilitando la unidad telemática".

Pero esta es la cuestión: CV2X ha sido un sueño entre las empresas de tecnología durante años y, si bien puede ser prometedor, también presenta desafíos. Por un lado, está la cuestión de encontrar el ancho de banda: los reguladores han estado reservando una porción de espectro en 5,9 GHz para la conversación entre vehículos, pero los esfuerzos regulatorios para hacer avanzar el proyecto han ido literalmente en ningún lugar. Como dice Ajit Pai, presidente de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) escribió el mes pasado, “El espectro de 5,9 GHz ha estado en barbecho durante demasiado tiempo. Durante las últimas dos décadas, el pueblo estadounidense ha esperado a que se pusiera en uso este espectro de banda media de primera calidad, y el tiempo de espera ha terminado”.

No, los estadounidenses no han estado clamando por esto, a pesar de las bravuconadas de Pai; Pocas personas piensan dos veces antes de asignar el espectro entre el desayuno y la cama. Pero la decisión de la FCC el mes pasado de modernizar la banda de 5,9 GHz es una buena noticia para C2VX. Aún así, al 5G en los automóviles le queda un largo camino por recorrer.

Agregue a eso la lánguida línea de tiempo en la que ha estado operando 5G. La primera 5G Los módems podrían aparecer en vehículos nuevos en 2022 y los modelos avanzados probablemente no llegarán hasta 2025. según lectura ligera. Y la infraestructura en la carretera para comunicarse con esos módems para permitir la conducción autónoma no se implementará comercialmente hasta aproximadamente 2025. Mientras tanto, el sistema StarFire de John Deere ya funciona con 5G, nos dijo Savage, junto con GPS, GLONASS, QZSS, IRNN y otros de Rusia. Así que cuando 5G se implementa ampliamente, ayudará a llenar una serie de lagunas.

“Creo que el 5G será realmente útil cuando llegue a los agricultores de zonas rurales, en latitudes más altas (la UE, los Países Bajos). 5G ayudará. Cualquier cosa que sea montañosa, donde la actitud del vehículo, la rugosidad del terreno, donde realmente no se puede ver el extremo sur para la receptividad satelital, 5G También ayudará mucho”, dijo Savage.

Vale la pena enfatizar un punto aquí: GPS III, 5G y StarFire no son necesariamente tecnologías competidoras. Ninguna empresa o tecnología va a dominar este espacio y dejar obsoletos a los demás, ni es necesario que lo haga. Es importante señalar que 5G mejorará el sistema Starfire de John Deere, no lo reemplazará. GPS III funcionará en conjunto con, no en contra, 5G para mantener los coches autónomos en el camino correcto. Todos son caminos diferentes que conducen al mismo destino: un mejor posicionamiento para todos y para todo, sin importar la aplicación.

¿Hasta entonces? Esquiva los lagos y mantén ambas manos en el volante. Porque hay un nuevo GPS en camino, pero solo podemos conducir hasta allí con cierta rapidez.