Misurare i micron: la ricerca per costruire un GPS migliore

Il GPS può guidarti in città o in tutto il paese, percorrendo strade secondarie polverose con la stessa facilità di un'autostrada a sei corsie. Ma come chiunque lo sia finito accidentalmente in un lago posso dirti che il GPS non è perfetto. Non può mantenerti in una corsia specifica, ad esempio, o schivare le auto vicine o guidarti lungo una rampa di uscita. Ecco perché John Deere ha creato un sistema migliore.

SÌ, Quello John Deere.

Vedete, il sistema GPS che la maggior parte delle persone conosce è stato progettato negli anni '70 e, per quello che è, è davvero notevole. Una rete di 24 satelliti operando più o meno ininterrottamente da 27 anni? Girare intorno al globo dai confini gelidi dello spazio, osservando incessantemente e dando educatamente una mano? Gratuito? Meraviglioso. Ma è stata progettata per sostituire le mappe cartacee, che raramente misurano fino al pollice. Le auto autonome devono sapere non solo che sei sulla Highway 61 ma

esattamente dove ti trovi (a 75 miglia all'ora non meno). Droni e trattori autonomi per l’agricoltura hanno alimentato un rinascimento rurale chiamato agricoltura di precisione - e per funzionare, lo richiede precisione.

Per aggiungere quel livello di dettaglio – e revisionare il sistema in generale – i ricercatori hanno lavorato per sostituire la flotta di satelliti esistente con una nuova iterazione chiamata GPSIII. La scorsa settimana ha fatto un passo avanti quando SpaceX ha finalmente lanciato un quarto satellite nel suo letto stellato. È un processo lungo: Lockheed Martin ha pubblicato una breve storia dello sforzo di aggiornare il sistema GPS nel 2012, e siamo ancora solo all’inizio. Il tutto dovrebbe essere completato nel 2023, con un costo che si avvicina ai 6 miliardi di dollari.

L’industria privata può fare meglio? Per dare uno sguardo più approfondito a ciò che potrebbe soppiantare il GPS, abbiamo parlato con due aziende che guidano la corsa e sviluppano alternative.

Come Deere ha costruito un GPS migliore

Prima di evidenziare i suoi difetti, teniamo presente che il GPS è un sistema fantastico. In effetti, è difficile comprendere l’ambizione e l’audacia della costellazione di satelliti esistente. Immaginate le sfide dietro il lancio di un'antenna di precisione che costa qualche centinaio di milioni di dollari e ha più o meno la forma di un camioncino dei gelati di Mister Softee. Per completare l’opera, i militari lo lanciano su un razzo che brucia 2.700 libbre di ossigeno liquido al in secondo luogo, lanciandolo nello spazio a Mach 1... e poi rilasciandolo dolcemente in orbita per circa 13.000 miglia lontano. Ricorda, il diametro della Terra stessa è di sole 7.900 miglia.

Ora immaginate gli algoritmi e i calcoli necessari per mantenerlo in un'orbita precisa, senza mai colpire gli altri satelliti. costantemente in trasmissione, le batterie non si scaricano mai, gli orologi difficilmente si sincronizzano man mano che i mesi diventano anni e otterrai il punto. È un risultato enorme. Tuttavia, non è sufficiente.

In teoria il GPS ha una precisione di 3 piedi, ma in realtà è più di 15 piedi circa: abbastanza buono per portarti al supermercato, ma difficilmente preciso. Ad esempio, se hai piantato due pomodori antichi e alcuni cetrioli nel tuo giardino, è facile coltivare il tuo piccolo raccolto senza sapere dove stai annaffiando. Se stai piantando centinaia di acri, piccoli errori di telemetria possono rovinarti.

“I vecchi tempi in cui lavoravi tutto il giorno e magari papà finiva e tornava a casa dal figlio o dalla figlia? Questo è praticamente fatto”, ha dichiarato a Digital Trends Al Savage, responsabile della rete StarFire presso John Deere. “Ciò che vogliono gli agricoltori è una maggiore resa. Precisione in termini di piantagione dei filari, irrorazione, ecc., per non investire i raccolti."

Secondo la NASA (SÌ, Quello NASA), quando un agricoltore attraversa un campo tirando una seminatrice, un aratro o un'altra attrezzatura dietro un trattore, le file che vengono create si sovrappongono di circa il 10%. Ciò significa che una parte significativa del campo riceve il doppio delle sementi, dei fertilizzanti e dei pesticidi necessari e il lavoro richiede più tempo del necessario. I trattori di oggi utilizzano sistemi di posizionamento digitale proprio come la tua auto, ma richiedono un livello di precisione completamente diverso. Quindi, con l'aiuto dell'agenzia spaziale, John Deere ha costruito un sistema migliore.

"GPS differenziale è come lo chiamano", ha detto Savage. Per ottenere i dati di posizionamento granulari di cui hanno bisogno gli agricoltori moderni, Deere ha creato una serie di siti di riferimento a terra in tutto il mondo per raccogliere una seconda serie di dati di posizionamento, una grande quantità di dati che l'azienda trasmette e immagazzina in due dati principali centri. Queste informazioni vengono trasmesse a una serie di satelliti geostazionari gestiti da Inmarsat (John Deere affitta spazio su di essi), e poi ritrasmesse a i ricevitori StarFire dell'azienda sui trattori locali: un viaggio di andata e ritorno che è più lungo di un giro del mondo ma dura circa quanto un singolo respiro.

“Stiamo parlando di 12, 13.000 miglia e in alcuni casi 20.000 miglia. E questo accade in cinque secondi, quindi puoi immaginare quanto è veloce e quanti dati scorrono", ha spiegato Savage. Il tempo impiegato da un segnale per viaggiare verso la Terra dai satelliti GPS, combinato con la deriva degli orologi in orbita sempre leggermente fuori sincrono e il rumore del segnale proveniente dalle particelle caricate elettricamente nella nostra atmosfera, rendono il GPS esistente dati imprecisi. Unendo i dati satellitari con i dati della sua rete terrestre, Deere è in grado di triangolare la posizione in modo molto più accurato.

“Quando spruzzi, vuoi essere specifico, preciso. Ciò consente di risparmiare su erbicidi, fungicidi, pesticidi e spray”, osserva Savage.

Come il 5G sta trovando la sua strada

Se leggi un sito di tecnologia in questi giorni, hai sentito l'hype in giro 5G. Ci sono una serie di vantaggi nella nuova rete cellulare veloce, il principale dei quali è la velocità. Qualcomm ha dimostrato velocità di download massime di circa 4,5 gigabit al secondo e velocità medie di trasmissione dati di circa 1,4 gigabit al secondo. È abbastanza veloce per scaricare un film di due ore in circa 17 secondi, contro i circa 6 minuti di un'attuale connessione 4G. In altre parole, nuovo 5G i telefoni saranno circa 1.000 volte più veloci del telefono attualmente in tasca.

Ma il 5G non è solo smartphone: Qualcomm ne è convinta 5G avrà le auto di domani parlando tra loro e accompagnarvi tutti da soli. Per fare ciò, i chip di Qualcomm fanno molto di più che trasmettere semplicemente i dati più velocemente. Supportano CV2X (veicolo cellulare-a-tutto) comunicazione, che fornisce comunicazioni dirette tra automobili e altri oggetti intelligenti nell'infrastruttura di una città.

Una parte poco discussa dei piani automobilistici di Qualcomm prevede la costruzione di un sistema per eliminare il problema di precisione da 3 a 15 piedi del GPS. Per fare ciò, l’azienda ha fatto affidamento sul suo portafoglio di brevetti esistente; unisce i dati dei satelliti esistenti del sistema globale di navigazione satellitare (inclusi GPS, Il Galileo d’Europa, Il GLONASS russo, e altro) con qualcosa chiamato VEPP, o visione migliorata posizionamento preciso. In sostanza, Qualcomm prevede di utilizzare le immagini delle videocamere esistenti per individuare la posizione precisa di un’auto.

"Il costo per farlo non è astronomico", ha detto a Digital Trends Nakul Duggal, vicepresidente senior della gestione dei prodotti di Qualcomm. "Fondamentalmente hai bisogno di una fotocamera standard come quella che hai oggi... tutto il resto è qualcosa per cui stai già abilitando l'unità telematica."

Ma il punto è questo: CV2X è stato per anni un sogno tra le aziende tecnologiche e, sebbene possa essere promettente, presenta anche delle sfide. Per prima cosa, c’è il problema di trovare la larghezza di banda: i regolatori hanno riservato un frammento di spettro a 5,9 GHz per le comunicazioni da veicolo a veicolo, ma gli sforzi normativi per portare avanti il ​​progetto sono andati alla lettera luogo inesistente. Come Ajit Pai, presidente della Federal Communications Commission (FCC) ha scritto il mese scorso, “Lo spettro dei 5,9 GHz è rimasto inutilizzato per troppo tempo. Negli ultimi due decenni, il popolo americano ha aspettato che questo spettro di banda media venisse utilizzato, e il tempo dell’attesa è finito”.

No, gli americani non lo hanno chiesto a gran voce, nonostante le spacconate di Pai; poche persone ci pensano due volte sulla distribuzione dello spettro tra colazione e letto. Ma la decisione della FCC del mese scorso di modernizzare la banda a 5,9 GHz è una buona notizia per C2VX. Tuttavia, il 5G nelle auto ha ancora molta strada da fare.

A ciò si aggiunge la languida sequenza temporale su cui ha operato il 5G. Il primo 5G i modem potrebbero essere presenti sui nuovi veicoli nel 2022, mentre i modelli avanzati probabilmente non arriveranno prima del 2025, secondo Lettura Leggera. E l’implementazione commerciale dell’infrastruttura stradale per comunicare con quei modem e consentire la guida autonoma non è prevista prima del 2025 circa. Nel frattempo, il sistema StarFire di John Deere funziona già 5G, ci ha detto Savage, insieme a GPS, GLONASS, QZSS, IRNN e altri della Russia. Cosi quando 5G è ampiamente diffuso, aiuterà a colmare una serie di lacune.

“Il 5G sarà davvero utile quando arriverà agli agricoltori nelle zone rurali, a latitudini più elevate – UE, Paesi Bassi – penso 5G aiuterà. Tutto ciò che è collinoso, dove l'assetto del veicolo, l'asperità del terreno, dove non puoi davvero vedere l'estremità sud per la ricettività satellitare, 5G sarà davvero di grande aiuto”, ha detto Savage.

Vale la pena sottolineare un punto qui: GPS III, 5G e StarFire non sono necessariamente tecnologie concorrenti. Nessuna singola azienda o tecnologia dominerà questo spazio e renderà le altre obsolete, né è necessario. È importante notarlo 5G migliorerà il sistema Starfire di John Deere, non lo sostituirà. GPS III funzionerà in tandem con – non contro – 5G per mantenere le auto autonome sulla buona strada. Sono tutte strade diverse che portano alla stessa destinazione: un migliore posizionamento per tutti e per tutto, indipendentemente dall’applicazione.

Fino ad allora? Schiva i laghi e tieni entrambe le mani sul volante. Perché un nuovo GPS è proprio in arrivo, ma possiamo arrivarci solo così velocemente.