Laboratorio 5G Alemania, la comunicación del futuro

(Tercera parte)

CUANDO BIEN nos va, los celulares más modernos utilizan la red 4G. La G hace referencia a la generación de tecnologías inalámbricas; es decir, vamos en la cuarta generación, cada generación definida, entre otras cosas, por la velocidad de transmisión de datos y una menor latencia el tiempo que pasa entre la causa y el efecto .

Pero ya nadie piensa en la 4G, sino en lo que podrá lograrse con la 5G: Internet tan rápido que se podrá bajar una película en 15 segundos en lugar de los 6 minutos que toma hacerlo en una red 4G o interactuar con objetos virtuales en tiempo real y en forma multimodal (auditiva, visual , táctil, etcétera). De entrada, esto hará las aplicaciones multimedia mucho más disfrutables, pero también abre las puertas a otras tecnologías que se beneficiarán de velocidades ultrarrápidas como la telemedicina para realizar cirugías de forma remota o la conducción segura de autos autónomos que necesitan comunicaciones prácticamente instantáneas.

La quinta generación de los sistemas de comunicación móviles impactará nuestra vida más que ninguna otra tecnología inalámbrica del pasado , escriben Gerhard Fettweis y Frank Fitzek en la bienvenida a la página web del laboratorio 5G Alemania. El laboratorio forma parte de la Technische Universität Dresden, una de las tres mejores universidades de ingeniería en el país.

Para enfrentar el reto que representa desarrollar la red 5G, han formado un equipo interdisciplinario que agrupa a más de 500 investigadores de más de 20 diferentes áreas de investigación de la TU Dresden, y más de 50 socios como Bosch, Deutsche Telekom, Ericsson, Nokia y Vodafone. Desarrollan investigaciones en cuatro rubros: silicio, conexión inalámbrica, redes y la nube, aplicaciones del Internet táctil.

En marzo pasado, pudimos conocer de primera mano algunos de los proyectos de frontera que se desarrollan en el 5G Alemania, gracias a un tour de prensa organizado por el Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD).

Ingeniería en sonido y háptica

Los fans de los video juegos, las compras online y la música representan un mercado muy atractivo para el desarrollo de nuevas tecnologías. Por ello Ercan Altinsoy, a cargo del departamento de Ingeniería de Sonido y Háptica (del tacto) de la TU Dresden, junto con su equipo trabaja en desarrollar el concepto de percepción basada en la ingeniería .

El Dr. Altinsoy explica que en la vida diaria interactuamos con diferentes tipos de productos como cámaras, autos o los electrodomésticos de casa. Les damos una tarea, presionamos un botón y al final escuchamos un sonido o sentimos una vibración , dice. La idea es que podemos mejorar esta información de sonido o táctil que viene del dispositivo para mejorar la interacción. Esto porque el sonido y las vibraciones son portadores de información. Si yo toco una puerta de madera, sólo por el sonido puedo inferir el material del que está hecha .

En el laboratorio de medición multimodal MMM combinan equipos de realidad virtual con múltiples modalidades (visual, auditiva, táctil y vestibular relacionada con el equilibrio y el sentido del movimiento ), lo que les permite desarrollar simulaciones interactivas.

Para una experiencia completa, en el laboratorio se ha instalado un sistema de reproducción conocido como Wave Field Synthesis, que permite crear ambientes virtuales acústicos. El sistema consiste de 464 bocinas y cuatro subwoofers que en combinación crean novedosos efectos de sonido. Por medio de software diseñado ex profeso, es posible programar el sonido para que se mueva en el espacio y siga una posible trayectoria. De esta forma pueden crearse diversos efectos, como que el sonido pareciera originarse en un punto fijo en el espacio y quedarse ahí, o puede programarse para moverse en patrones.

El Dr. Altinsoy hizo sonar una pieza y la voz de la cantante apareció en medio de la sala. Dependiendo de dónde se ubicara uno en la misma, la cantante se escuchaba a la derecha o a la izquierda, adelante o atrás, como si de pronto la cantante estuviera realmente ahí. Uno podía cerrar los ojos, caminar alrededor y apuntar con el dedo la ubicación de ese escenario virtual.

En otras técnicas de reproducción de sonido convencionales, como el estéreo o sensurround, pueden generar efectos parecidos al engañar la percepción del cerebro; en cambio la tecnología WFS es real, basada en principios físicos, que permiten producir una serie de ondas de sonido artificiales que pueden ser manipuladas intencionalmente.

Pero la experiencia no termina ahí. Para generar vibraciones en todo el cuerpo y simular el movimiento al que estamos expuestos cuando viajamos en un auto, un tren o un avión, el laboratorio cuenta con una plataforma hidráulica de seis grados de libertad esto es, la capacidad de moverse en tres ejes (delante, atrás; arriba, abajo; derecha, izquierda), combinado con la rotación sobre tres ejes perpendiculares llamados guiñada, cabeceo y alabeo . Esto estimula los receptores de propiocepción localizados en músculos, tendones, articulaciones y el oído interno, enviando señales al cerebro respecto de la posición del cuerpo y al sistema vestibular que nos permite balancearnos y equilibrarnos.

Los investigadores también cuentan con otras salas para investigar temas de acústica, como una sala que absorbe prácticamente todo el sonido le llaman sala seca y otra que facilita la reverberación de baja frecuencia. De esta forma es posible poner a prueba diferentes dispositivos, como bocinas y woofers, y los efectos que se pueden lograr en estas distintas condiciones. Este conocimiento también se puede aplicar para el diseño de salas de concierto.

Aquí podemos medir materiales para absorción de sonido, los colocamos aquí y vemos las diferencias con y sin el material , explica el Dr. Altinsoy.

El futuro de la realidad virtual

Otra de las investigaciones del profesor Altinsoy y su equipo es desarrollar nuevas tecnologías para guantes hápticos que permitan a los usuarios tocar objetos virtuales en Internet. Las posibilidades de aplicación para esta tecnología son enormes, desde la telecompra el comprador podrá sentir la textura de la tela de una pieza de ropa, por ejemplo hasta la teleoperación de maquinaria pesada o para realizar cirugías a distancia.

Actualmente, es muy difícil generar información háptica en la mano , dice un colaborador del Dr. Altinsoy y agrega: Requerimos información táctil y háptica más precisa, así como información sobre la superficie del objeto y el material del que está hecho .

Durante la visita pudimos presenciar una demostración. En la pantalla de la computadora se observan objetos de distinta forma. Con el guante es posible tomar el objeto, sentir su peso y su forma. Al mismo tiempo se recibe información de regreso a los dedos haciendo que se perciba la fuerza que ejerce el objeto en la mano y evita que se pueda cerrar de más la mano, como si realmente hubiera un objeto ahí.

El guante funciona con una serie de sensores que proveen información sobre la forma de la mano, la posición de los dedos. Un software toma parámetros como posición, orientación y compara los objetos que se encuentran en la habitación 3D de la pantalla.

Estamos trabajando en el desarrollo de nuevos tipos de sensores que nos permitan tener mayor información a más alta velocidad. Si realizas un movimiento debes sentir la respuesta en el objeto en 5 milisegundos o menos. Para ello se requieren muchos sensores y muy buenas conexiones que permitan transportar toda esa información , agrega el colaborador del Dr. Altinsoy.

En este tipo de tecnologías es necesario contar con datos sobre la velocidad y fuerza de los dedos y sobre el movimiento. Para ello se trabaja en investigación sobre la percepción para poder determinar qué información es relevante para la experiencia y cuál se puede desechar, usando de esta forma menos datos. Es necesario trabajar en el tamaño ya que el prototipo es aún muy grande para fines comerciales. Además, requiere ser calibrado para cada usuario, un dispositivo comercial debe poder ser usado por cualquiera.

¿Cuándo veremos este tipo de tecnología en el mercado? Nos explican que ya existen algunos de estos desarrollos disponibles para compra pero son muy caros, cercanos a 50,000 euros. La idea del grupo de Ingeniería y Háptica del Laboratorio 5G Alemania es que en cinco años se puedan ofrecer dispositivos por menos de 100 euros, como el Kinect o el vRemote, que son lo suficientemente baratos para ser usados en casa.

Comunicación y almacenamiento

El grupo de comunicación y almacenamiento es coordinado por Frank Fitzek y el principal objetivo es desarrollar nuevo software para la comunicación y alternativas de almacenamiento en la nube que permitan desarrollar la tecnología 5G. Nuestra filosofía de trabajo puede describirse como ‘teoría con propósito’ , explica el Dr. Fitzek durante su presentación.

Para lograr su objetivo, los resultados de la investigación básica teórica se ponen a prueba utilizando simulaciones en tiempo real como software de bucle, pruebas hardware in the loop y testbeds una plataforma o ambiente experimental controlado . Estas pruebas no sólo permiten implementar el nuevo conocimiento en posibles desarrollos sino también identificar nuevas preguntas relevantes de investigación al probar la teoría a las condiciones del mundo real.

La red 5G no va dirigida a la comunicación entre 7,000 millones de humanos sino en el control y dirección asistida de 500,000 millones de dispositivos, lo llamamos el Internet de las Cosas , dice el Dr. Fitzek.

Dado que el Internet de las Cosas (IoT) conectará dispositivos u objetos para aumentar su eficiencia y explotar su potencial, la 5G no sólo requiere mayores rendimientos (por usuario y por área), sino que los tiempos de latencia para el control y dirección asistida deben alcanzar el rango de 1 milisegundo. Esto último es el requerimiento técnico más crítico.

Como comparación, el tiempo de reacción entre que percibimos un estímulo y respondemos con una reacción muscular, por ejemplo a una taza muy caliente, es de alrededor de un segundo. A nivel auditivo nuestra capacidad de reacción es de 100 milisegundos, de ahí que la telefonía moderna transmite a esta velocidad para evitar distorsiones. En cuanto a nuestra reacción visual, ésta está en el rango de los 10 milisegundos. Pero si lo que queremos es velocidad en la respuesta a nuestras instrucciones, como al mover la cabeza mientras usamos unos lentes de realidad virtual, el tiempo de respuesta debe reducirse a 1 milisegundo.

Otros dos aspectos relevantes para la IoT son la seguridad y capacidad de adaptación; también se vuelven muy importantes si se quiere controlar y dirigir robots y autos.

¿Y el futuro, cuándo?

Por ahora, habrá que esperar a que laboratorios como el 5G Alemania desarrollen las nuevas innovaciones y tecnologías necesarias para implementar la nueva generación de red inalámbrica. No debe dejarse de enfatizar que esta investigación de frontera es posible gracias a una política pública que busca promover la innovación y el desarrollo tecnológico en temas críticos, a través de programas federales y locales de los cuales hablaremos en la siguiente parte de este reportaje.

¿Cuándo llegará el 5G a nuestras vidas? Algunos fabricantes ya hablan de lanzar algunos productos 5G en el 2017, aunque la mayoría de los expertos no esperan mayor presencia sino hasta el 2018 y una disponibilidad generalizada en los siguientes años.

Qué tan rápido lleguen los nuevos desarrollos al usuario dependerá de la inversión que cada país hace para no quedarse atrás en el tren del conocimiento y la innovación.

laura.vargas@eleconomista.mx