Google utiliza millones de teléfonos inteligentes para mapear la ionosfera de la Tierra y mejorar el GPS

Google utiliza millones de teléfonos inteligentes para mapear la ionosfera de la Tierra y mejorar el GPS

Por primera vez, los investigadores han utilizado datos en tiempo real de alrededor de 40 millones de teléfonos móviles para mapear las condiciones en la ionosfera, una región de la atmósfera superior donde se ionizan algunas moléculas de aire. Estas señales de origen colaborativo podrían mejorar la navegación por satélite, especialmente en regiones del mundo donde los datos son escasos, como África, América del Sur y el sur de Asia.

El estudio de viabilidad del equipo de Google se publicó el 13 de noviembre en la revista Nature. 1.

"Es un conjunto de datos asombroso", dice Anthea Coster, física atmosférica del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge. "Completa significativamente el mapa en áreas donde necesitamos más información con urgencia".

Los datos de los teléfonos móviles podrían reducir los errores de GPS entre un 10% y un 20% en algunas zonas y aún más en regiones desatendidas, estima Ningbo Wang, físico atmosférico del Instituto de Investigación de Información Aeroespacial de la Academia China de Ciencias en Beijing. Incluso con ajustes, la alteración de la ionosfera sigue siendo un desafío, particularmente durante las tormentas solares que desencadenan condiciones irregulares en la ionosfera. "Los resultados presentados son realmente impresionantes".

bandas duales

Cuando el aire está parcialmente ionizado, los electrones que se mueven libremente se ralentizan ligeramente y afectan las señales de radio que llegan a la Tierra desde el GPS y otros satélites de navegación. Esto puede afectar la sincronización temporal de nivel de nanosegundos utilizada por los dispositivos de navegación por satélite para determinar sus ubicaciones. Esto tiene implicaciones potencialmente graves para los aterrizajes de aviones y los vehículos autónomos.

Los mapas en tiempo real de la densidad de estos electrones se utilizan a menudo para corregir las fluctuaciones en la ionosfera. Los ingenieros crean los mapas utilizando datos de estaciones receptoras terrestres que pueden detectar los tiempos de llegada de dos frecuencias diferentes de ondas de radio recibidas del mismo satélite. Los electrones de la ionosfera ralentizan las ondas de baja frecuencia más que las de alta frecuencia, aproximadamente un nanosegundo. Esta diferencia proporciona información sobre la densidad de electrones por los que pasó la onda en su camino hacia un receptor.

Sin estas correcciones, el GPS tendría una imprecisión de unos 5 metros y de decenas de metros durante las tormentas solares, cuando las partículas cargadas del sol aumentan la densidad de electrones. Pero muchas regiones del mundo carecen de estaciones receptoras terrestres para crear estos mapas.

ruido de fondo

Aunque no todos los dispositivos de navegación pueden funcionar con múltiples frecuencias, los teléfonos modernos suelen hacerlo. Según Brian Williams, científico informático de Google en Mountain View, California, y coautor del estudio, hasta ahora los sensores de los teléfonos no se consideraban prácticos para mapear la ionosfera. Esto se debe a que los datos de los teléfonos móviles son mucho más ruidosos que los de los dispositivos receptores científicos especialmente diseñados, sobre todo porque sólo reciben señales de forma intermitente y las ondas de radio se reflejan en los edificios cercanos en las zonas urbanas.

El equipo de Google tuvo éxito en parte gracias a la gran cantidad de datos que recibió. "Cuando se combinan grandes cantidades, los ruidos se cancelan y aún se obtiene una señal clara", dice Williams. "Es como si hubiera una estación de seguimiento científico en cada ciudad donde hay teléfonos".

Cualquiera que posea un teléfono Android y permita a Google recopilar datos de sensores para mejorar la precisión de la ubicación podría contribuir al estudio. Sin embargo, los datos se agregaron para que no se puedan identificar dispositivos individuales, explica la compañía.

Williams explica que ya se está trabajando para utilizar esta técnica para mejorar la precisión de la ubicación para los usuarios de Android. Pero los datos también deberían ser útiles para estudios científicos de la atmósfera superior de la Tierra. El mapa ya ha revelado burbujas de gas ionizado, conocido como plasma, sobre América del Sur que no habían sido observadas en detalle anteriormente.

Para beneficiar verdaderamente a la ciencia, Google necesita publicar los datos, dice Coster, que trabaja en la base de datos Madrigal, un recurso colaborativo de datos geoespaciales que reúne datos ionosféricos de miles de estaciones terrestres. Un portavoz de Google dijo al equipo de noticias de Nature que los datos detrás del estudio se publicarán junto con el artículo, pero actualmente no hay planes para proporcionar datos nuevos en tiempo real.

Los investigadores están trabajando para utilizar otros sensores de teléfonos inteligentes de diferentes maneras. El sistema de alerta de terremotos Android de Google en 2020 mostró cómo los acelerómetros de los teléfonos inteligentes de las personas podían detectar terremotos y advertir a otras personas que aún podrían verse afectadas. Los usuarios de Apple pueden acceder a una aplicación que utiliza tecnología similar.

Hasta ahora, los científicos han considerado los teléfonos como usuarios finales de servicios de navegación, afirma Wang. Esta reversión del uso de datos telefónicos como datos de entrada es “territorio inexplorado”, dice. "Este estudio marca un cambio emocionante".

1. Smith, J. y col. Naturaleza 635, 365–369 (2024).

   Google Académico

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