Google está utilizando millones de teléfonos para mapear la ionosfera de la Tierra y mejorar su GPS.

Por primera vez, los investigadores utilizaron datos en tiempo real de unos 40 millones de teléfonos móviles para mapear las condiciones en la ionosfera, una región de la atmósfera superior donde algunas moléculas de aire están ionizadas. Estas señales colectivas podrían mejorar la navegación por satélite, especialmente en grandes zonas del mundo donde los datos son escasos, incluidas África, América del Sur y el sur de Asia.

El estudio de prueba de principio, realizado por un equipo de Google, se publicó en naturaleza El 13 de noviembre¹.

“Es un conjunto de datos asombroso”, dice Anthea Koster, física atmosférica del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge. “Llena mucho el mapa, en áreas donde más necesitamos más información”.

Los datos telefónicos podrían reducir los errores de GPS entre un 10% y un 20% en algunas áreas, y más en áreas desatendidas, estima Ningbo Wang, físico atmosférico del Instituto de Investigación de Información Aeroespacial de la Academia China de Ciencias en Beijing. Incluso con modificaciones, la interferencia de la ionosfera sigue siendo un desafío, dice, especialmente durante las tormentas solares que provocan condiciones desiguales en la ionosfera. “Los resultados proporcionados son realmente impresionantes”.

bandas dobles

Cuando el aire está parcialmente ionizado, los electrones que se mueven libremente ralentizan las señales de radio transmitidas a la Tierra desde el GPS y otros satélites de navegación. Esto podría afectar la precisión de nanosegundos que utilizan los dispositivos de navegación por satélite para determinar sus posiciones, con impactos potencialmente graves en el aterrizaje de aviones y vehículos autónomos.

Los mapas en tiempo real de la densidad de estos electrones se suelen utilizar para corregir las fluctuaciones en la ionosfera. Los ingenieros crean los mapas utilizando datos de estaciones terrestres receptoras, 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 en un nanosegundo. Esta diferencia revela la densidad de electrones que atravesó la onda en su camino hacia el receptor.

Sin estas correcciones, el GPS tendría un error de unos 5 metros, y decenas de metros durante las tormentas solares, cuando las partículas cargadas del Sol pueden aumentar su densidad electrónica. Pero muchas regiones del mundo carecen de las estaciones receptoras terrestres utilizadas para elaborar estos mapas.

Bonanza ruidosa

Aunque no todos los dispositivos de navegación por satélite pueden funcionar en múltiples frecuencias, los teléfonos modernos suelen hacerlo. Tampoco se pensaba anteriormente que los sensores de un teléfono pudieran mapear la ionosfera, dice Brian Williams, científico informático de Google en Mountain View, California, y coautor del estudio. Esto se debe a que los datos de los teléfonos móviles son mucho más ruidosos que los de los receptores científicos especialmente diseñados, entre otras cosas porque reciben señales sólo de forma intermitente y porque las ondas de radio rebotan en los edificios cercanos en las zonas urbanizadas.

El equipo de Google lo consiguió en parte gracias al volumen de datos obtenidos. “Cuando se combinan en grandes cantidades, el ruido promedio se reduce y se obtiene una señal clara”, dice Williams. “Es como si hubiera una estación de seguimiento científico en cada ciudad donde hay teléfonos”.

Cualquier persona con un teléfono Android, que permite a Google recopilar datos de sensores para mejorar la precisión de la ubicación, era elegible para contribuir al estudio. Pero los datos se agregan de modo que no se pueden identificar dispositivos individuales, afirma la empresa.

Williams dice que ya se están realizando esfuerzos para utilizar esta tecnología para mejorar la precisión de la ubicación para los usuarios de Android. Pero afirma que 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 se habían observado en detalle antes.

Para que la ciencia realmente se beneficie, Google necesitará publicar los datos, dice Koster, que trabaja en la base de datos Madrigal, un recurso comunitario para datos geoespaciales que recopila datos ionosféricos de miles de estaciones terrestres. Un portavoz de Google dijo naturalezaEl equipo de noticias de la NASA dijo que los datos detrás del estudio se publicarán junto con el artículo, pero actualmente no hay planes para proporcionar nuevos datos en tiempo real.

Los investigadores están trabajando para utilizar otros sensores de teléfonos inteligentes de otras formas. El sistema de alerta de terremotos de Android de Google en 2020 demostró cómo los acelerómetros de los teléfonos de las personas podían detectar terremotos y advertir a otras personas que aún no habían experimentado terremotos. Los usuarios de Apple tienen acceso a una aplicación que utiliza tecnología similar.

Hasta ahora, los científicos consideraban los teléfonos como usuarios finales de los servicios de navegación, afirma Wang. Darle la vuelta a esto y utilizar mediciones telefónicas como datos de entrada es “territorio nuevo”, dice. “Este artículo representa un cambio emocionante”.