Com o burburinho da eletrônica em relação à IoT, comunicação máquina a máquina e dispositivos conectados, os engenheiros de projeto estão em constante busca para encontrar um modo sublime de técnica de comunicação para trocar informações entre dois dispositivos eletrônicos. Embora já existam muitas opções para selecionar, como BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox etc, uma empresa chamada Chirp desenvolveu um SDK que permite a troca de dados sobre o som simplesmente usando o alto-falante e o microfone do dispositivo, sem a necessidade de emparelhamento. Além disso, o SDK é independente de plataforma e também suporta comunicação de dados de baixo consumo de energia.
O SDK codifica os dados em um fluxo de áudio exclusivo e os reproduz pelo alto-falante do dispositivo. Esse fluxo de áudio pode ser captado por qualquer dispositivo usando um microfone e decodificá-lo para obter a mensagem real. O SDK é multiplataforma e já suporta Android, iOS, Windows e python entre outros. Ele também pode ser usado em plataformas de microcontroladores como ARM e oferece suporte a plataformas de desenvolvimento como ESP32 e Raspberry Pi. Para saber mais sobre o Chirp e suas possíveis aplicações, a Circuit Digest abordou o Dr. Daniel Jones - CTO da Chirp, para discutir algumas questões. As respostas para as quais estão encapsuladas abaixo
1. Qual é a tecnologia por trás do chirp e como funciona?
Chirp é uma forma de transmitir informações usando ondas sonoras. Em contraste com o Wi-Fi ou Bluetooth que usa frequências de rádio, o Chirp codifica os dados em tons que podem ser reproduzidos (transmitidos) usando qualquer alto-falante do computador e recebidos por qualquer microfone do computador sem a necessidade de nenhum hardware adicional, como chips RF. Isso permite que o Chirp seja usado em qualquer dispositivo de consumidor que tenha um alto-falante e microfone, como telefones celulares, laptops, sistema de PA, etc. e pode transmitir informações até mesmo por meio de transmissão do YoutTube ou transmissão de TV.
Os tons audíveis codificados tocados pelo alto-falante são suscetíveis a humanos e soam como um pequeno pedaço de canto digital de pássaros, daí o nome “chirp”. Mas também podemos explorar o fato de que o alto-falante e o microfone do computador também podem funcionar com frequências ultrassônicas que são inaudíveis aos ouvidos humanos; dessa forma, também podemos transmitir informações sobre o som que não podemos ouvir.
2. Com tantos protocolos de comunicação sem fio ao nosso redor, como BLE, NFC, RFID, LoRa etc. Por que ainda precisamos do chirp? O que há de único nisso?
Um dos motivos será o atrito extremamente baixo de Chirp. Ao contrário do Bluetooth ou do Wi-Fi, posso usar o Chirp para iniciar imediatamente a comunicação de um para muitos para compartilhar uma mensagem com todos ao meu redor, sem precisar emparelhar com eles. Isso torna muito mais fácil compartilhar algo de forma rápida e fácil com todos na sala ou ao redor da mesa. É muito útil para conectar-se com pessoas que não conheci antes ou para interagir com máquinas que talvez eu não tenha conhecido antes. Por exemplo, abrir um armário inteligente ou compartilhar um cartão de visita etc.
Além disso, muitas vezes também vemos o Chirp sendo usado na comunicação ponto a ponto. Por exemplo, Shuttl, uma empresa de ônibus indiana, está usando o Chirp entre o motorista e o passageiro do ônibus para verificar se a pessoa embarcou no ônibus e se sua passagem foi resgatada.
3. É possível configurar uma comunicação mesh com o Chirp? Posso me comunicar com vários dispositivos?
Sim, uma das coisas principais a lembrar sobre o som é que é um tipo de comunicação muito grande, o que significa que qualquer coisa próxima que esteja na faixa audível de nosso transmissor ouvirá o som e receberá os dados. Isso tem vantagens e limitações. A vantagem é que é muito fácil compartilhar multicast. Para coisas como redes mesh, possivelmente funcionaria, mas você precisaria de uma sequência de receptores dentro do alcance auditivo um do outro. Portanto, normalmente tendemos a usar chirp mais para um ou vários cenários de transmissão.
4. Como o Chirp pode funcionar sem qualquer emparelhamento? Isso leva a problemas de segurança de dados?
Temos um aplicativo de demonstração bem pequeno chamado “Chirp Messenger” (disponível na loja Android e iOS) que mostra como nosso SDK funciona. Para enviar uma mensagem, o usuário pode digitar a mensagem e pressionar enviar, o que irá incorporar a mensagem em um tom audível e reproduzi-la através do alto-falante do meu telefone. Portanto, qualquer dispositivo próximo, que esteja executando nosso kit de desenvolvedor, pode receber esses tons de áudio através do microfone. Esses tons de áudio são decodificados para a frequência constituinte e a correção de erros é aplicada para neutralizar os efeitos de ruído e distorção para obter a mensagem real. Desta forma, o Chirp é totalmente gratuito, tudo o que é necessário é ouvir os tons e decodificá-los.
Existem algumas implicações de segurança que podem ser usadas ao enviar dados confidenciais por meio do Chirp, como colocar alguns recursos de segurança em camadas no protocolo existente. Como o chirp é apenas um meio de transferência, você pode incorporar qualquer coisa nesses tons. Por exemplo, você pode usar criptografia RSA ou AES para criptografar seus dados antes de enviá-los por um chip e, em seguida, descriptografá-los usando criptografia de chave pública.
5. O Chirp é pequeno o suficiente para ser usado com controladores embutidos de baixa potência? Quanta energia ele consome?
Nós nos esforçamos para otimizar nosso SDK tanto quanto possível. Temos uma incrível equipe de DSP incorporada que corta todos os bits e bytes desnecessários do código para reduzir o ciclo da CPU. A razão para isso é que uma das grandes áreas em que estamos observando a aceitação é com o chip de campo integrado. Principalmente se você deseja se comunicar com dispositivos IoT de baixa potência e baixa especificação. Nosso SDK pode até mesmo rodar em um processador ARM Cortex M4 rodando na frequência de 90Mhz com menos de 100kB de RAM.
As medições de energia nos controladores Cortex-M4, conforme medidas em nossas placas de desenvolvimento, foram em torno de 20mA quando ouvindo ativamente e menos de 10uA no modo wake-on-sound com 90M de ciclos por segundo. O modo wake-on-sound usa microfones de super baixa potência de um fabricante chamado Vesper, que faz zero power sempre no microfone. Desta forma, o microfone irá listar ativamente o som e quando ouvir um chrip, ele despertará o controlador Cortex do modo de hibernação para decodificar os dados.
6. Qual seria o alcance de comunicação e carga útil para a comunicação Chirp?
Em termos de alcance, tudo depende de quão alto o sinal é transmitido pelo alto-falante. Quanto maior o volume da transmissão, maior o alcance, isso porque, para receber a informação, os microfones teriam que ouvi-la primeiro. Podemos controlar o alcance simplesmente controlando o nível de pressão sonora do dispositivo emissor. Na extremidade oposta, você pode transmitir um sinal sonoro para um estádio inteiro, transmitindo seus dados a centenas de metros de distância, ou pode diminuir o volume do alto-falante para transmitir seus dados dentro de uma sala.
Em termos de taxa de dados, o canal acústico é barulhento e, portanto, não é uma taxa que poderia ser usada para competir com Bluetooth ou Wi-Fi gratuito. Estamos falando de centenas de bits por segundo e não em megabits. O que significa que o Chirp é recomendado para ser usado para enviar pequenos dados como valores de token etc. Nossos protocolos mais rápidos são executados a 2,5 kb / s, mas são para cenários de estilo NFC de curto alcance. Em um intervalo muito longo, a taxa de dados seria de 10 bits por segundo.
7. Visto que os dados são trocados por ondas sonoras, como eles serão imunes ao ruído ambiental?
Obviamente, o ambiente ao nosso redor é incrivelmente barulhento, de restaurantes a cenários industriais, o ruído de fundo está sempre presente. Nós viemos originalmente de um Laboratório de Ciência da Computação da University College London, que estava analisando principalmente o problema de como se comunicar acusticamente em um ambiente ruidoso. E temos vários PhDs e professores tentando resolver esse problema. É aqui que muitas das nossas pesquisas se concentram e temos várias patentes nesta área.
Como prova disso, operamos com sucesso em uma usina nuclear aqui no Reino Unido. Fomos trazidos por uma empresa chamada EDF energy para enviar cargas ultrassônicas com mais de 80 metros de alcance nos ambientes de fundo incrivelmente ensurdecedores, até 100 decibéis que temos para usar defensores. Ainda assim, fomos capazes de atingir 100% de integridade de dados em um teste de 18 horas do equipamento.
8. Quais são as outras plataformas de hardware de baixo consumo que serão suportadas pelo Chirp?
Já temos um SDK estável para ARM Cortex M4 e M7 e a seguir estamos trabalhando no envio apenas de SDK para ARM Cortex M0, que é um processador de ponto fixo que não possui arquitetura de ponto flutuante. Também oferecemos suporte para ESP32 por meio da plataforma Arduino e também começamos a olhar para o suporte FPGA para processos extremamente eficientes.
9. Onde o chirp está sendo usado atualmente, você pode nos dar alguns exemplos de casos de uso?
A detecção de proximidade é um aplicativo muito bom. Como apenas as pessoas próximas a você podem ouvir seus chilros, ele pode ser usado como uma heurística para saber quem está ao seu redor. O Chirp é usado por uma enorme plataforma de jogo social chamada Roblox como uma forma dos jovens jogadores detectarem outras pessoas próximas a eles, efetivamente usando chilros ultrassônicos. Dessa forma, posso retirar meu celular e ele funcionará como um farol ultrassônico a ser descoberto por outros jogadores na sala para iniciar uma sessão de jogo.
Também estamos prestes a lançar uma parceria com uma grande empresa de salas de reunião para ajudá-los na navegação interna usando o Chirp. Conforme você anda de sala em sala em um prédio, é muito importante para o seu dispositivo saber em qual sala você está. Com esta organização, estamos usando o chirp como uma forma de seu laptop ou celular saber em qual sala você está e permitem que você faça uma conexão com uma sala de reuniões.
10. Quais são os termos de licenciamento do Chirps SDK? Que tipo de lealdade está envolvida?
Para empresas menores, amadores e fabricantes de bricolage, o Chirp é totalmente gratuito até 10.000 usuários ativos mensais. Isso ocorre porque realmente queremos ver as pessoas usando nossa tecnologia e a comunidade de desenvolvedores fazendo experiências com ela. Além disso, também queremos apoiar pequenos negócios. Para empresas e clientes maiores, tendemos a cobrar uma taxa anual