Un grupo de ingenieros del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) ha encontrado un nuevo enfoque para combinar datos adquiridos de forma inalámbrica de una gran cantidad de sensores. Para ello, la técnica se basa en considerar el ‘espectro de conjunto’ de los sensores, a través del análisis de la señal de radio recibida de todos los sensores sin sincronizarlos entre sí ni separar sus contribuciones individuales.
Cada uno de los sensores es conectado a un oscilador caótico, el cual genera una señal transmitida que contiene frecuencias que dependen del valor medido. Al considerar la superposición de las señales en términos de su espectro a través de una pequeña red neuronal, es posible estimar aspectos de la distribución estadística de la medición, como el promedio o la población de sensores, lo que simplifica la detección distribuida.
La detección distribuida es una técnica que realiza mediciones utilizando muchos sensores dispersos sobre un área u objeto de interés. Uno de sus desafíos más importantes es que la lectura de datos de cada sensor individual requiere de una infraestructura y energía considerables.
Osciladores caóticos
Los investigadores se centraron en la idea de que decenas de sensores pudieran interactuar directamente entre sí y eventualmente llegar a un acuerdo para ofrecer un resultado final. Como posible solución, propusieron utilizar los osciladores caóticos, unos circuitos simples capaces de generar comportamientos complejos, por separado y en conjunto, y pueden utilizarse incluso con transistores individuales.
La posibilidad de acoplarlos de forma inalámbrica y hacer que interactúen entre sí para lograr una medida colectiva de la intensidad de la luz se demostró en un experimento piloto con un número limitado de sensores colocados sobre una pequeña superficie dentro del laboratorio. Los osciladores caóticos tendrían que acoplarse en distancias considerablemente más largas, como varios metros o más, intercambiando energía suficiente para mantenerse sincronizados y obedeciendo todos los requisitos reglamentarios del uso de la radio.
Los ingenieros de Tokyo Tech consideraron otro enfoque para la detección distribuida, en el que cada nodo simplemente emite una señal caótica cuyo contenido de frecuencia depende del valor medido. Suponiendo que la relación entre los dos sea lo suficientemente rica y única, es posible hacer conjeturas razonables sobre la distribución estadística de los valores con solo recibir la señal de todo el conjunto de sensores.
Red neuronal
Además, se puede implementar fácilmente mediante el uso de una red neuronal para decodificar el espectro de frecuencia recibido. Dichos sensores estarían dispersos en un área extensa, mientras que su señal de conjunto es captada por uno o más receptores que obtienen, electrónica o numéricamente, el espectro de frecuencias de la superposición.
Al incluir ese espectro a una red neuronal, que ha sido entrenada previamente con señales de los osciladores caóticos, puede ser posible estimar con una precisión aceptable la media subyacente y la variable que se va a detectar.
Para que la idea sea viable, cada sensor debe generar una señal cuyo contenido de frecuencia sea suficientemente rico y refleje, de la forma más unívoca posible, el valor de la variable de entrada, para que los osciladores caóticos puedan generar un patrón de frecuencia.