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jueves, febrero 19, 2009

Teléfono móvil, con sonar de regalo

Carátula de El Caballero Oscuro

Hace poco tuve ocasión de ver (¡por fin!) la película El Caballero Oscuro. En ella había una escena que me recordó vagamente a otra que comenté hace tiempo, con un error de concepto que creo se está volviendo habitual. Al inicio de la peli, se nos muestra uno de los últimos artilugios de Batman: un teléfono móvil, convenientemente modificado para funcionar como un sonar y enviar la información obtenida a otro artilugio, donde se dibuja una vista 3D del entorno. Resulta que hacia el final de la peli (y si no la habéis visto, tal vez no queráis seguir), como último recurso para atrapar al Joker, el cruzado enmascarado revela a Lucius (su particular Q) que ha modificado todos los móviles de Gotham para convertirlos en sonares, de forma que en una enorme pared repleta de pantallas, se puede espiar prácticamente toda la ciudad.

No se nos dice exactamente cómo Batman modifica todos los móviles de la ciudad, pero no me imagino al murciélago hurtando los teléfonos uno a uno, modificándolos y luego devolviéndolos a su propietario sin que se entere. Tampoco parece posible que en el intervalo de tiempo transcurrido, Industrias Wayne haya podido hacer una mega-campaña de marketing para que todos los usuarios cambien su móvil por el nuevo modelo (con sonar oculto incorporado). Así que sólo nos queda una opción: algún tipo de virus, gusano, troyano o lo que queráis. En fin, una alteración del software del teléfono. Y eso es caer en un error que últimamente parece recurrente: utilizar software para modificar características que en realidad están ligadas al hardware.

¿Cómo funciona un sonar? Pues igual que un radar, pero utilizando sonido en vez de ondas electromagnéticas: el sonar emite ondas sonoras (audibles o no por nosotros) que se propagan y rebotan en los objetos. Analizando ese rebote o eco, se puede determinar la posición y algunas características del objeto (o del propio medio en el que se propaga en sonido). Sí, los teléfonos tienen un altavoz por el que emiten sonido (y así oímos a nuestro interlocutor); y sí, los teléfonos tienen un micrófono que captan sonido (y así, hablamos a nuestro interlocutor). Pero creo que es bastante obvio que ni el altavoz ni el micrófono están diseñados para funcionar como un sonar.

Por un lado, la idea era que no se supiera que el sonar estaba ahí, por lo que el aparato debía usar frecuencias no audibles por los humanos. Los micrófonos y altavoces están diseñados para funcionar dentro del rango de frecuencias de la voz humana, o como mucho, en el rango audible (por aquello de escuchar música con algo de calidad). ¿Y no pueden funcionar en otro rango? Veréis, un micrófono o un altavoz, no es algo que simplemente funcione para cualquier frecuencia. Existe un parámetro muy importante en electroacústica denominado respuesta en frecuencia, que nos dice cómo se comporta el dispositivo en una frecuencia concreta. Lo habitual, es que un micrófono, por ejemplo, no convierta igual de «bien» todos los sonidos. Habrá frecuencias que se atenúen más, otras menos, y otras que no se trasmitan en absoluto. De hecho, no es sencillo (o barato) conseguir que un micrófono o altavoz tenga una respuesta «plana» en el rango deseado, es decir, que para todas las frecuencias de ese rango, se comporte exactamente igual (realmente, esto no es estrictamente necesario, pero ya veis por donde van los tiros). El que haya altavoces y micrófonos baratos, y otros que cuesten un dineral, no es por capricho. Parte del coste es debido a una respuesta en frecuencia más apropiada para el uso que se le va a dar. ¿Adivináis qué tipo de altavoces y micrófonos tiene un teléfono móvil? Acertásteis.

Por otro lado, como imaginaréis, una de las características de un sonar es que emite sonido en todas direcciones, y al recibir los ecos, puede determinar la dirección de procedencia. Y eso es algo que no se puede hacer con un único micrófono. Bueno, podría hacerse, pero debería ser direccional (que capte el sonido mejor en una dirección determinada) y estar girando constantemente. Si los micrófonos no se mueven, son necesarios varios. ¿Por qué? Pues porque la forma de determinar la dirección de un sonido, es midiendo la diferencia de tiempo con la que llega a cada micrófono. El sonido se desplaza a cierta velocidad (que depende del medio), y llegará antes a un micrófono que a otro. Conociendo la disposición de los mismos, y midiendo esa diferencia, se puede calcular la dirección. De hecho, eso es algo que hace automáticamente nuestro cerebro, al procesar la información que recibe de los oídos. Así es como con pocos altavoces, un home cinema, o unos simple auriculares, pueden recrear sonidos que parecen venir de cualquier dirección. Escuchad este vídeo con unos auriculares (fundamental los auriculares, o se pierde el efecto), y resistid la tentación de volver la cabeza.

Me dejo cosas en el tintero. Entre ellas, la capacidad de cálculo que deben tener los móviles para procesar la información. O el simple hecho de enviarla al edificio de Bruce Wayne, atravesando la red de estaciones base de Gotham, ya que si no están también manipuladas de alguna forma, los pobres ciudadanos se llevarían una desagradable sorpresa en la siguiente factura de teléfono.

20 comentarios:

  1. A ver. No es del todo cierto que no se pudiera hacer:

    - Casi todos los altavoces pueden emitir un poco por encima del rango auditivo humano (aunque con menos poténcia que dentro del rango). Incluso habría gente que lo pudiera detectar (sobretodo los jóvenes) pero sólo escucharían pequeño un zumbido (como el que se escucha muchas veces en las bombillas o en las fuentes conmutadas).

    - Los móviles suelen llevar 2 micrófonos, uno para hablar y el otro como cancelador del ruido ambiente (se resta la señal). Además estos microfonos suelen ser de buena sensibilidad.

    - Lo de las estaciones base, ya que te pones a hackear los móviles porqué no hacerlo con toda la red.

    S2

    Ranganok Schahzaman

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  2. El otro día vi esta secuencia con un amigo que trabaja en Ericsson y, cómo no, nos pusimos a comentarla.
    Se dice en ella que ha cogido los 40 millones de teléfonos móviles de Gotham (que por cierto, vaya pedazo de ciudad, 10 madrides) los 40.000.000 digo, y se procesan todos los ecos a la vez. Mi amigo dice que los aparatitos que ellos manejan pueden enrutar tráfico de hasta 10 millones en el mejor de los caoss, pero eso sí, sólo enrutarlo, nada de procesar señales de sónar, determinar posiciones en el espacio cartesiano o realizar el potentísimo drill-down que sería necesario para minar esos datos y presentar la información necesariaen cada momento, eliminando la redundante. Que sería más o menos como pensar en una página web frunciendo mucho el ceño, pinchar en el "voy a tener suerte" de Google y dar por casualidad con ella al primer intento. Por no hablar de renderizar imágenes tridimensionales de los ecos de cada teléfono en tiempo real. Podría seguir todo el día, pero creo que se capta la idea.

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  3. Me parece que te has dejado un detalle más que en mi opinión hace aún más difícil (o imposible) la escena que mencionas.

    Para poder dar algún significado a las señales, e integrarlas en una imagen completa tridimensional de la ciudad elaborada con los datos cada teléfono (algo que hace en la película) se necesitan un dato más sin el que no se puede integrar la información: La posición exacta del teléfono, tanto su situación en el espacio como su orientación, para poder transformar los datos de cada teléfono, referenciados a su propia posición, a un sistema de referencia único.

    Un teléfono transmite su posición a la célula a la que se engancha, pero sólo indicando en qué lóbulo de cobertura recibe mejor señal. Esto no nos da mas que una posición aproximada con un margen de error de cientos de metros o de kilómetros. No basta.

    Algunos teléfonos actuales llevan un GPS, pero son pocos. Bueno, supongamos que Gotham es una ciudad muy avanzada y todos lo llevan. Aún así es bien sabido que la precisión del sistema no es exactamente de centímetros, que sería la necesaria para una referencia correcta.

    Además, el GPS necesita recibir la señal de los satélites para funcionar y todos sabemos por experiencia (y por física de ondas) que es una señal de tan alta frecuencia y tan baja potencia que no se recibe sin visión directa del cielo. O sea, que no funciona bajo techo ni en interiores. Los teléfonos que en la película transmitían desde un interior no tendrían ni siquiera la posibilidad de usar el GPS.

    Luego queda la orientación del teléfono. Que yo sepa, son pocos los teléfonos (como el iphone) que detectan su orientación respecto de la vertical, y sólo en dos ejes y sólo con una precisión de 90 grados. Es decir, que el teléfono sabe si está horizontal o vertical, y dónde está "abajo" pero nada más. Ningún teléfono puede dar su orientación con una precisión de +-2 grados, que es la necesaria para referenciar las señales de un sensor.

    Hablando en lenguaje más sencillo, no tendríamos forma de saber de qué dirección vienen los ecos del teléfono, ni siquiera dónde está el teléfono, así que no habría forma de colocar todas todas las imágenes de los teléfonos en el espacio para unirlas en una sola.

    Casi me sale un comentario más largo que el artículo. Espero que nadie se haya dormido leyéndolo.

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  4. Muy interesante la crítica.

    Aunque creo que en este caso, dado que ni Batman ni Gotham existen, tampoco podemos describir exactamente cómo son los móviles de esta imposible ciudad.

    Se me ocurre una posibilidad: el móvil no tiene porque procesar la señal de vuelta y además, y esto es importante, puede enviar su posición si tiene GPS, y puede enviar tanto el rebote de su señal como los rebotes de otros terminales. En el otro extremo se podrían recibir todos los datos de rebotes y posiciones (podemos suponer que en Gotham tienen tarifa plana y un buen ancho de banda, porque ya van a 6G), y realizar el procesado. Técnicamente muy lñejos de nuestras posibilidades, pero no imposible...

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  5. Respondiendo a Malonez:

    Naturalmente que Gotham no existe, pero estamos asumiendo que sus leyes físicas son las mismas que las nuestras y su tecnología es del tipo y nivel que aparece visible en la película, que es más o menos el de nuestro mundo actual.

    Como ya he señalado, aunque un móvil llevase GPS, la imprecisión del sistema GPS en su trama civil (Código C/A) es de unos metros, no de pocos centímetros que es lo que un sistema de referencia para ese tipo de detección y mapeado requiere.

    A menos, claro, que estemos hablando de GPS militares del Ejército de los Estados Unidos, que tienen acceso a los códigos P y L2C de la trama 2 de la señal (transmitida en 1227.6 MHz) y con eso permiten una precisión 10 veces superior, pero que obviamente no tienen los teléfonos móviles civiles.

    Podría conseguirse mayor precisión con GPS diferenciales con discriminación de fase del tipo usado en topografía, que evidentemente ningún móvil lleva y que necesitan un ared amplia de estaciones de corrección y mucho tiempo en un sitio fijo para dar una posición tan exacta.

    Igualmente, sea del tipo que sea, ningún GPS funciona en interiores y en la película se ven móviles mandando sus "imágenes" desde el interior de edificios. Sólo con eso, el GPS del tipo que sea queda descartado.

    Por física de ondas, cualquier otro sistema de posicionamiento por satélite que imaginemos que hubiese en Gotham, o bien sería de frecuencia demasiado baja para dar precisión, o demasiado alta para funcionar en interiores. Eso es una limitación física que ni siquiera Batman puede obviar con la tecnología que vemos en la película.

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  6. Respondiendo a Duke,

    De acuerdo en mucho de lo que dices, aunque sigo pensando que Gotham no es como nuestro mundo, y la demostracióne s que existen Batman y otra gente rara con tecnología muy extraña :)

    Del mismo modo la señal de GPS en esa ciudad podría ser muy potente o mucho mejor: tener un sistema muy elaborado por triangularización de antenas de telefonía, que sí funcionan en interiores...

    Lo que pretendo expresar no es que eso sea posible actualmente, sólo que no es imposible, y eso sí tiene perdón cuando se trata de ciencia ficción.

    Vamos que a mi la peli me encantó, sobre todo el tratamiento del dilema del prisionero en los dos barcos.

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  7. Respondiendo a Malonez (otra vez) y agradeciéndo el tiempo que se toma en este tema, que se ha vuelto tan interesante:

    Efectivamente, la imposibilidad técnica no es absoluta (y no olvido que es una historia de ciencia ficción), pero técnicamente es inviable en una red de telefonía móvil que no hubiera sido diseñada precisamente para este fin. Dudo mucho que los teléfonos móviles de cualquier ciudad (incluída Gotham) vinieran prediseñados por si acaso a alguien se le ocurre utilizarlos como sistema de detección por sonar.

    En cuanto a la triangulación por referencia a las antenas de telefonía móvil nos encontramos con dos posibilidades:

    Puede ser una triangulación por ángulo de llegada de la señal a la estación base, en cuyo caso hacen falta antenas goniométricas, que las torres de telefonía móvil no llevan (y es un tema que conozco bien, porque trabajo con sistemas de guerra electrónica) y que además tienen una imprecisión a esas frecuencias de entre 1 y 2º RMS que no basta para dar una posición tan exacta. Sin contar las difracciones y refracciones que falsean el resultado más aún, el error es de unas decenas o cientos de metros en el mejor caso.

    Puede ser una triangulación por diferencial de tiempo de llegada de la señal, como la que usa el GPS, en cuyo caso nos encontramos con el problema de las multitrayectorias por reflexiones en interiores y entornos urbanos, sea cual sea la señal que usemos, además de necesitar que el teléfono esté a la vez en el área de cobertura de 4 estaciones base (tres para la referencia espacial y una para la temporal, como el GPS), lo que es teóricamente posible, pero muy improbable tal como se diseñan y como gestionan frecuencias las redes de telefonía móvil.

    Además, aún queda el tema de la referencia angular, que ni un GPS ni ningún sistema de posicionamiento por triangulación soluciona.

    Es decir, que aunque pudiéramos saber la posición exacta centímetro arriba o abajo de cada teléfono (que no podemos) aún nos queda por saber su orientación en el espacio con una precisión de uno o dos grados como mucho, para referenciar los datos del sensor.

    Es decir, que necesitamos saber la posición con un par de centímetros de error como máximo y su orientación con un par de grados de error como mucho. Estos datos sólo se pueden conseguir con antenas y receptores especializados en esas tareas (y que por experiencia sé que son carísimos).

    Todos estos problemas podrían ser en teoría solventados, pero lo que no es posible es que se resuelvan por software. El hardware del teléfono tendría que haber sido diseñado específicamente para usarse como sensor de sonar integrado en una red global de sensores, haciéndolo muchísimo más caro que un teléfono normal, y eso simplemente no tiene sentido en un teléfono móvil de cualquier tipo.... a menos que Batman se las arreglase para cambiar los teléfonos de toda la ciudad por su propio diseño, cosa que ya ha citado Alf como bastante poco probable.

    Yo también pienso que la película estuvo muy bien, y estoy más que de acuerdo con que un guionista se tome las licencias que necesite para hacer interesante la historia, aunque sea a costa de una patada o dos a la ciencia. Eso no me impide seguir disfrutando de encontrar esas patadas a la ciencia y señalarlas, tanto como disfruto de la película que las contiene.

    Y a mí también me encantó el tratamiento del dilema del prisionero, tan conocido por los psicólogos... y que por desgracia en los estudios que se han hecho en la realidad suele acabar con el resultado contrario, con los dos intentando salvarse a costa del otro.

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  8. Aunque lo peor es que al final el malo perseguido en cuestión sea igual de despistado que mi madre y su teléfono móvil se encuentre normalmente en cualquier otro lugar de la ciudad y no en el que ella está en ese momento.
    Al menos serviría para encontrar su guarida que es donde está el móvil el 90% de las veces.

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  9. En interiores usa WiFi, y utilizan sistemas basados en triangulación de lo más avanzado que hay ahora mismo...
    PD: Esto va a ser como Cita con Rama, que al final lo que proponen acaba dando ideas para la realidad...

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  10. No quiero romper el hilo de comentarios sobre el posicionamiento de los terminales, que es muy interesante.

    Aun así a mi me gustaría comentar el tema de que el cerebro posicione, en un entorno tridimensional, el origen del emisor.

    Con dos únicos sensores, no se me ocurre como poder posicionar perfectamente dicho emisor en ese entorno, y quería saber, si alguien puede confirmarme lo que me dijeron una vez: que los sonidos que oímos por detrás, los oímos algo más graves, y es así como se acaba de averiguar de donde viene un sonido.

    Muchas gracias a todos.

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  11. No se como será en sus países, pero acá en Argentina hay antenas que se superponen. Así se podría localizar un celular. Hay un sistema del que no explican mucho, pero lo usa la policía y les sirvió para constatar los lugares por los que anduvieron unos ladrones:http://www.prensa.mseg.gba.gov.ar/notacompleta.aspx?id=2008

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  12. Respondiendo a Anónimo:

    La localización de teléfonos celulares es un tema complejo y bastante más difícil de lo que pueda parecer.

    Como ya he señalado, se puede saber en qué célula de cobertura se encuentra un teléfono celular, ya que la Estación Base proporciona esa información. Una célula puede medir varios kilómetros, sin embargo, y esa es toda la precisión que podemos lograr sin antenas goniométricas.

    El programa que mencionan en la noticia no es un programa de localización de teléfonos, sino una base de datos que alimenta una herramienta de análisis de inteligencia policial y se utiliza para integrar la información de varias fuentes y establecer correlaciones. En este caso la relación entre los códigos de identificación de un teléfono dado, el usuario registrado de ese teléfono, las áreas en que se ha movido y los movimientos de un sospechoso determinado. La otra herramienta que mencionan en la noticia, el I2, es una herramienta muy útil y con muchas capacidades que he tenido ocasión de utilizar, pero que no tiene nada que ver con el software para localización electrónica.

    Por lo tanto la noticia sólo menciona que se puede saber en qué área general estuvo un teléfono determinado, con los datos de la estación base a la que se engancha, pero no saber la posición exacta de ese teléfono.

    Para saber la posición de un celular con exactitud se usan otros equipos (recomiendo la página web de Rhode & Schwarz como referencia del tipo de tecnología) y estos equipos no dan tampoco la posición con menos de unas decenas o cientos de metros de error. Nunca con centímetros o milímetros, que es la precisión que se necesitaría para el sonar global milagroso de Batman.

    Cazar a un criminal por su teléfono móvil simplemente no es lo mismo que pretender usar ese teléfono como sensor de alta precisión.

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  13. Pau, tengo entendido que es un poco como dices, aunque más complicado.

    Dependiendo del origen del sonido, no sólo llega a nuestros oidos con un pequeña diferencia de tiempo, sino que sufre pequeñas alteraciones en su recorrido, ya que además del aire, parte de él atraviesa nuestro cuerpo (sobre todo la cabeza). La forma de las orejas, por ejemplo, hace que no sea exactamente igual un sonido que llegue desde delante, que desde detrás.


    Y gracias a Duke, que ha explicado muy detalladamente algo en lo que no había caído, y que tras pensarlo, resulta bastante evidente: toda la información que puedan recoger los móviles no sirve de nada si no podemos determinar con exactitud su posición y orientación.

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  14. Sobre el posicionamiento GPS, nada indica que Batman no pueda poseer los códigos del ejército americano, por lo que se puede posicionar con mucha mayor exactitud que un aparato normal. Que queréis, es Batman.
    Y sobre el sonar, se puede asumir que si un móvil tiene sonar, es de suponer que todos son básicamente iguales, por lo que entre ellos también se detectarán. Con ello se puede trazar un plano de la zona, haciendo coincidir en posición y orientación las zonas iguales, tal y como se montan las fotos panorámicas. Finalmente disponemos de un plano gigante, pero que no sabemos dónde está ni hacia donde mira. Pero suponiendo que el suelo está en el suelo, ya lo tenemos todo ubicado. Si, ya se que eso necesita una potencia de cálculo algo así como bestial, pero… es Batman.

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  15. Recuerdo esa escena final de la pelicula y me pareció muy poco creible modificar todos los móviles de Gotham para convertirlos en sonares y localizar a alguien.

    Saludos

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  16. Esta no es la primera vez que Batman realiza algo poco creible. En la primera pelicula (Batman Begings) utilizaban un aparato de micoondas para vaporizar el agua dentro de las tuberias de ciudad Gotica, las cuales explotaban, pero nada le ocurria a las personas que estaban al lado del aparato (supuestamente si eran un poquito normales deberian haber tenido 70% de agua en sus cuerpos y explotar tambien)

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  17. El error no es de ciencia es de guion. Por ciencia, es asumible que el hard, y toda la tecnologia necesaria (hasta el ultimo recurso de la ciencia humana) se usan para lograrlo.

    El error es un tema de guion, como una empresa cambia los moviles, ese es el punto.

    Para mi es una cuestión de cine, no de ciencia

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  18. Pues lo que yo pensé al ver la película fue que el sonar era con ondas electromagnéticas y no acústicas, con lo que no creo que hubiese problemas por el tema de las frecuencias. También creo que no es a la compañía telefónica adonde los móviles mandan los datos recogidos, si no al superordenador de Industrias Wayne donde los datos ya son procesados. En cuanto a lo de introducirse en los teléfonos me imagino que debe ser por algún software "maligno" creado para la ocasión, aunque lo más probable es que el señor Wayne sea propietario de la empresa telefónica con lo que el 90% de los problemas planteados estarían resueltos. Y en cuanto al tema de la precisión de la localización espacial de cada teléfono no creo que sea necesario que las imágenes encajen perfectamente unas con otras, Batman lo que quiere es saber donde está Joker y con una precisión de 10 es absolutamente más que suficiente. Y para localizar a cada teléfono, las compañías telefónicas solo saben en que zona se encuentra (bajo la influencia de qué repetidor está), pero si asumimos que el movil le manda señales al ordenador de Batman, con que el movil esté en movimiento tal vez podría localizarlo mediante diferencias en la señal. Pero vamos, yo creo que si asumimos que Bruce Wayne es dueño de la compañía de telefonos, de los satélites, de los distribuidores de teléfonos de Gotham... es lo más facil y no viola ningun aspecto físico, solo si las hubiera, alguna ley antimonopolio al estilo Microsoft-UE.

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  19. Por definición, un sonar utiliza ondas acústicas. Si se utilizan ondas electromagnéticas, se denomina radar.

    Y habría igualmente problemas. El asunto está en que se pretende que un software, modifique el funcionamiento de un aparato, más allá de las especificaciones del hardware.

    Sería como si un virus hiciera que el monitor de mi PC, funcionara como una cámara (hablo de un monitor sin webcam, claro).

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