Come funziona Google Loon

Google, famoso per i suoi numerosi sforzi nell'alta tecnologia, ha diversi progetti in lavorazione per ottenere la connettività Internet ad alta velocità alle masse. Il loro progetto Google Fiber mira a fornire un servizio Gigabit, molto più veloce delle velocità di connessione a cui siamo abituati, utilizzando la fibra ottica e ha progetti pilota di quel programma in diverse aree degli Stati Uniti. Ma l'azienda ha un altro progetto volto a portare Internet ad alta velocità di base in aree che ne sono sprovviste. E il progetto utilizza qualcosa che consideriamo a bassa tecnologia: palloncini!

Il progetto è opportunamente chiamato Project Loon, in parte perché coinvolge palloncini e in parte perché suona pazzo. Il piano di Google è quello di creare reti wireless tramite palloncini carichi di apparecchiature che galleggiano nella stratosfera, in alto sopra le nuvole. I palloncini comunicano tra loro e con apparecchiature di rete a terra e dispositivi mobili per collegare le persone a terra.

Project Loon è uscito dai laboratori di Google X, l'azienda nota per altri progetti dal suono pazzesco come auto a guida autonoma, Google Glass e lenti a contatto con componenti informatici. Ma per quanto strano possa sembrare Project Loon, ci sono stati test di successo e promettenti del programma.

1. Palloncini Loon di Google
2. Apparecchiature elettroniche Google Loon
3. Google Loon al lavoro
4. Progetto Loon finora
5. Potenziali vantaggi di Google Loon

I palloncini di Project Loon non sono i tipici palloncini da festa, che non andrebbero bene in condizioni estreme ad alta quota. Anche i palloncini per le feste non sarebbero in grado di trasportare molta attrezzatura. Il team di Google Loon ha sviluppato qualcosa di più simile a un pallone meteorologico, progettato per resistere a condizioni atmosferiche difficili come differenze di pressione, venti forti, esposizione ai raggi UV e temperature estreme, che spesso sono ben al di sotto dello zero ad altitudini più elevate. Ciò significa che possono rimanere in volo molto più a lungo di qualsiasi palloncino sviluppato in precedenza. I vari modelli di palloncini sono stati soprannominati in onore degli uccelli, tra cui Falcon, Ibis, Grackle e, più recentemente, NightHawk.

I palloncini sono realizzati in plastica di polietilene intorno allo spessore di un sacchetto sandwich. Ogni pallone gonfiato (la porzione denominata "busta" del pallone) è di circa 50 piedi di larghezza per 40 piedi di altezza (15 metri di larghezza per 12 metri di altezza), con circa 5.381 piedi (500 metri quadrati) di superficie. Le loro dimensioni richiedono di lavorarci in giganteschi hangar, come lo spazio affittato da Google al Moffett Federal Airfield in California.

I palloncini hanno due camere (una specie di palloncino dentro un palloncino), quella interna riempita di aria e quella esterna di elio. Le valvole e una ventola attaccate al fondo del pallone possono essere utilizzate per pompare aria dentro o fuori. L'aggiunta di aria al palloncino interno aumenta la massa e fa scendere il palloncino e rilasciando l'aria lo fa salire.

Molti dei primi palloncini del progetto sono scoppiati o non sono rimasti in aria molto a lungo. Il team ha fatto di tutto per analizzare i problemi e apportare miglioramenti. Google ha arruolato esperti in mongolfiera, aerospaziale, tessile e altre discipline per scoprire perché stavano fallendo e ha assunto ex personale militare per recuperare i palloncini abbattuti (che a volte cadevano in luoghi difficili da raggiungere).

Alcuni dei test sono stati effettuati in condizioni estreme come quelle che i palloncini potrebbero dover affrontare nell'atmosfera. Ad un certo punto, le temperature sono scese casualmente a temperature sotto lo zero nel South Dakota, uno dei luoghi di produzione dei palloncini. Test più recenti sono stati condotti presso il McKinley Climatic Laboratory presso la base dell'aeronautica di Eglin in Florida, che ha consentito loro di sottoporre i palloncini a condizioni meteorologiche estreme, come venti forti e temperature sotto lo zero, in un ambiente di laboratorio controllato.

Si è scoperto che molti dei guasti erano causati da minuscole perdite difficili da rilevare. Anche il più piccolo foro delle dimensioni di uno spillo ridurrebbe notevolmente il tempo di un pallone in aria. Grazie ai risultati, le cuciture sono state rafforzate e sono stati implementati protocolli di manipolazione dei palloncini più accurati, inclusi i membri del team che camminavano su di essi solo con calzini pelosi molto morbidi.

Oltre a migliorare la fattibilità del proprio progetto, gli sforzi di Google hanno fornito scoperte nell'espansione stessa. Grazie ai miglioramenti del design, i loro palloncini ora rimangono a galla per circa 100 giorni. Uno è rimasto fino a un record di 187 giorni e ha fatto il giro del pianeta nove volte [fonte: Raven Aerostar ]. Si tratta di tempi di volo inauditi e considerati da alcuni esperti impossibili.

Il team Loon ha anche migliorato notevolmente il processo di distribuzione dall'inizio del progetto. Un equipaggio doveva stendere i palloncini su teloni, scartarli e gonfiarli parzialmente prima del lancio, e potevano essere lanciati solo con venti di 6 miglia (9,7 chilometri) all'ora o inferiori. Ma Google ha sviluppato Autolauncher (chiamato internamente Bird House), un hangar portatile alto 50 piedi (15,2 metri) con una gru automatizzata per allungare e riempire i palloncini. Ora possono essere lanciati con venti di 15 miglia (24 chilometri) all'ora e il lavoro che prima richiedeva 14 persone e 45 minuti ora richiede 4 persone e 15 minuti. Questi miglioramenti rendono più fattibile mantenere a galla un numero sufficiente di palloncini per formare una rete [fonti: Metz , Stone ].

Google is, of course, not sending up balloons alone. Each balloon has a metallic box of electronic equipment hanging from the bottom via cord with attached solar panels for power.

Each solar panel is an array of monocrystalline solar cells encased in plastic laminate and held in an aluminum frame measuring about 5 feet by 5 feet (1.5 meters by 1.5 meters) in width. Two such panels are mounted facing outward from each other at sharp angles to catch what sunlight they can as the balloons spin. They generate around 100 watts of power in a few hours of full daylight, which is stored in batteries so that the equipment will continue to work in darkness.

The electronic payload includes computing equipment to control everything, rechargeable lithium ion batteries to store the sun-gathered power, GPS units to track balloon locations, dozens of sensors so that Google can monitor for atmospheric conditions and radio equipment for wireless communication with other balloons and with ground-based networks. The radio equipment includes a broad-coverage eNodeB LTE base station, a high-speed directional link and a backup radio.

According to Google, the connectivity provided by each balloon should cover an area of approximately 25 miles (40 kilometers) in diameter on the ground, with hundreds of people potentially able to connect to a balloon at the same time. The Loon team has also increased the data rate by 10 times since the beginning of the project [source: Google]. They expect coverage to be on par with typical LTE 4G network speeds. Project Loon's leader, Mike Cassidy, has stated that their balloon networks could cover as much as 5,000 square kilometers (1,931 square miles) on the ground, and provide service at 15 megabits per second on a phone, or 40 megabits per second on a MiFi device [source: Verge].

The first layer of Earth's atmosphere is the troposphere, where we live and where most weather occurs. The balloons will float in the next layer up, called the stratosphere. The lower end of the stratosphere starts between 4 and 12 miles (6 and 20 kilometers) above the surface of the planet (lowest at the poles and highest at the equator), and the upper stratosphere ends at around 31 miles (50 kilometers) above the Earth . The Loon balloons will float between 11 and 17 miles (18 and 27 kilometers) up, around twice as high as commercial aviation routes.

In the stratosphere, there's little water vapor, very few clouds and no weather to speak of. It's also colder toward the bottom and hotter toward the top, which prevents the gases from rising, creating a situation where there are relatively stable layers at different altitudes. At these layers, the wind blows in different directions and speeds in predictable ways.

Google ha analizzato i dati storici relativi al vento e le previsioni future in corso dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) per sviluppare algoritmi in grado di prevedere e simulare i modelli del vento per aiutare con la navigazione in mongolfiera. I palloncini verranno guidati regolando il rapporto elio/aria per alzarli o abbassarli al livello stratosferico dove il vento soffia nella direzione in cui Google ha bisogno che vadano. Faranno l'autostop grazie al vento, rendendoli sia solari che eolici in un certo senso.

Google ha sviluppato un sistema operativo chiamato Mission Control per monitorare, tracciare e guidare costantemente i palloni e persino avvisare i controllori del traffico aereo nelle vicinanze della loro presenza quando salgono nella stratosfera o scendono per atterrare. Il loro software di navigazione è stato migliorato nel tempo, dall'invio di comandi solo una volta al giorno a ogni 15 minuti. Mission Control può ricalcolare le traiettorie di volo delle mongolfiere ogni minuto. Il team Loon ha anche migliorato la propria capacità di dirigere i palloni in luoghi specifici, da poche centinaia di metri inizialmente a poche centinaia di chilometri ora molto più precisi. La navigazione deve essere automatizzata il più possibile per consentire il controllo di migliaia di palloni alla volta per evitare che le reti si interrompano,

Google può riportare i palloncini a terra per il recupero rilasciando gas dall'involucro. Il gas può anche essere scaricato automaticamente se il palloncino rischia di scoppiare. Un paracadute si aprirà automaticamente se il pallone cade troppo velocemente. Google prevede di recuperare i palloncini e l'attrezzatura quando possibile per riutilizzare o riciclare i componenti.

L'apparecchiatura di rete LTE collegata ai palloncini funzionerà sugli spettri cellulari delle compagnie telefoniche esistenti e consentirà ai palloncini di comunicare direttamente con i telefoni cellulari e le torri a terra, eliminando la necessità di installare speciali antenne a terra. Google formerà partnership con società di telefonia mobile locali in modo che le persone possano connettersi tramite dispositivi mobili abilitati LTE. Per connettersi alla rete saranno necessarie speciali SIM Loon.

I test preliminari, soprannominati Icarus test, sono iniziati nell'agosto 2011. Il capo del progetto Rich DeVaul e il suo team hanno rilasciato quattro palloncini in lattice che trasportavano apparecchiature informatiche Linux e un router WiFi dal San Luis Reservoir in California. Li hanno seguiti in un veicolo dotato di antenne, una scheda WiFi e un analizzatore di spettro per testare il segnale. Sono seguiti altri test simili fino a quando non sono stati in grado di passare un segnale da un pallone all'altro e ottenere una connessione Internet in macchina. Secondo quanto riferito, l'attrezzatura era in un refrigeratore di polistirolo per alcuni dei primi test.

Nel 2012, il nome della squadra è stato cambiato in Daedalus (il padre di Icarus). DeVaul è diventato Chief Technical Architect perché preferiva lavorare sugli aspetti tecnici e Mike Cassidy ha assunto la guida del progetto. Hanno assunto ingegneri aerospaziali, ingegneri di rete, specialisti della mappatura, specialisti dell'energia, almeno un mongolfiera, veterinari militari ed esperti tessili (comprese le sarte) per progettare, testare e cucire i palloncini. Nel 2012, hanno iniziato a lavorare con la società Raven Aerostar, che produce palloncini per la NASA, tra gli altri, per aiutare a perfezionare i palloncini.

Per aumentare le possibilità di recupero dell'attrezzatura, l'attrezzatura di prova aveva le parole "esperimento scientifico innocuo" blasonate con un numero per chiedere una ricompensa (ma nessuna menzione di Google, poiché a quel punto era ancora un progetto segreto). Nell'ottobre 2012, uno dei palloni di prova apparentemente ha acceso alcuni rapporti di avvistamento UFO nel Kentucky e alla fine è volato in Canada, dove è stato perso.

I primi test pilota ufficiali si sono verificati nel giugno 2013, con trenta palloncini rilasciati dall'area di Christchurch in Nuova Zelanda. Sono saliti per circa 15,5 miglia (25 chilometri) e ciascuno trasportava circa 22 libbre di apparecchiature che comunicavano in modalità wireless con speciali antenne a terra bulbose preinstallate. C'erano in tutto circa 50 tester, tra cui la famiglia Nimmo e la famiglia MacKenzie, che furono tra le prime persone a connettersi a Internet tramite una rete di palloncini. I tester si stavano connettendo a velocità 3G.

Ulteriori test sono stati eseguiti nella Central Valley della California, in Australia, in Cile e in Brasile, tra gli altri luoghi. Nel giugno 2014, Linoca Gayoso Castelo Branco, una scuola in Brasile, è stata in grado di connettersi a Internet per la prima volta in assoluto utilizzando i palloncini dotati di radio LTE di Project Loon in combinazione con un'antenna a terra sul tetto della scuola [fonti: Levy , Simonite ]. Il prossimo passo per Google è far salire centinaia di palloncini in un anello intorno al pianeta per testare il servizio continuo nelle aree dell'emisfero australe. La compagnia ha alcuni problemi con l'ottenimento dei permessi di sorvolo in molti luoghi, quindi sta ampiamente testando nell'emisfero australe dove non ci sono tanti ostacoli di quella natura [fonte: Verge ].

Nel luglio 2015 è stato annunciato che Google sta collaborando con il paese dello Sri Lanka per fornire all'intero paese di 25.000 miglia quadrate (64.750 chilometri quadrati) e circa 22 milioni di persone (la maggior parte delle quali non sono attualmente online) con accesso a Internet tramite Palloncini Project Loon, probabilmente entro l'inizio del 2016 [fonti: Gershgorn , Lavars , Yahoo ].

Uno dei palloncini Loon si è schiantato contro una palma in un cortile residenziale in un sobborgo di Los Angeles, in California, nel settembre 2015, non troppo lontano dal luogo di atterraggio previsto [fonte: Collman ]. Nessuno è rimasto ferito nell'incidente minore.

Ci sono molti posti in cui il servizio Internet è scadente o inesistente, o dove molte persone semplicemente non possono permettersi ciò che è disponibile. Nel 2011, quando è iniziato Project Loon, l'International Telecommunication Union ha riferito che c'erano 2,2 miliardi di persone su Internet. Nel 2015, quel numero è salito a circa 3,2 miliardi [fonti: Davidson , ITU ]. Nonostante il forte aumento, questo lascia ancora circa 4 miliardi di persone senza accesso a Internet.

Anche alcune persone con accesso non hanno una banda larga ad alta velocità di qualità e ininterrotta. La connettività dal cielo può fornire servizi in aree che normalmente presentano problemi, come il terreno montuoso, nonché in luoghi che l' infrastruttura di Internet non ha raggiunto completamente. Reti di palloncini dovrebbero essere molto più facili ed economici da scatenare in luoghi remoti, compresi i paesi in via di sviluppo, che posare cavi e installare torri cellulari e altre apparecchiature costose, o utilizzare satelliti per comunicazioni estremamente costosi . Le reti di palloncini di Google potrebbero essere utilizzate anche in caso di emergenza, ad esempio per ripristinare rapidamente il servizio Internet dopo che un disastro naturale ha danneggiato le apparecchiature a terra.

I gestori di telefonia mobile hanno mostrato interesse ad affittare l'accesso alle reti Google Loon. Ciò potrebbe consentire loro di raggiungere nuovi clienti e di fornire un servizio migliore a velocità più elevate nelle aree che già coprono. Non sarà gratuito, ma c'è la speranza che alcuni dei risparmi sui costi possano essere trasferiti ai clienti sotto forma di prezzi più bassi. Google ha già collaborato con Vodafone in Nuova Zelanda, Telstra in Australia e Vivo e Telebras in Brasile per i test.

Project Loon potrebbe essere una vera manna per la società, in un'epoca in cui essere connesso al resto del mondo ha enormi vantaggi. Portare tutti sul pianeta online offrirebbe vantaggi anche a Google, che dipende fortemente dalle entrate derivanti da annunci e servizi online. E ancora, la società avrebbe ricevuto pagamenti per l'accesso alle reti Loon.

Nel 2014, Google ha acquistato un'altra società di droni ad alta quota alimentata a energia solare (secondo quanto riferito da Facebook) chiamata Titan Aerospace per aiutare con molti dei loro progetti, tra cui Project Loon e la mappatura, e hanno acquistato la società satellitare Skybox Imaging e hanno investito in una società di voli spaziali SpaceX. SpaceX sta cercando il permesso di lanciare migliaia di piccoli satelliti in orbita bassa per fornire Internet ad alta velocità al mondo.

Google non è l'unica azienda che cerca di portare Internet alle persone attraverso il cielo. Facebook ha avviato il suo Connectivity Lab con lo scopo di fornire Internet a basso costo a più persone in tutto il mondo utilizzando tecnologie come satelliti e droni. Nel 2014 hanno acquistato una società di droni ad alta quota alimentata a energia solare chiamata Ascenta e hanno assunto esperti di tecnologia da luoghi come la NASA.

Essere in grado di connettersi a Internet offre alle persone l'accesso a tutte le risorse che il World Wide Web ha da offrire, dalla comunicazione all'istruzione, alle opportunità di business. Qualsiasi numero di aziende può ottenere informazioni vitali e nuove fonti di materiali e prodotti. Le persone in aree con pochi o nessun operatore sanitario potrebbero potenzialmente ricevere cure mediche virtuali. Insegnanti e studenti possono accedere istantaneamente a materiale didattico supplementare e le persone che non hanno accesso alle scuole possono leggere libri di testo o seguire lezioni online. I giovani futuri scienziati e inventori possono trovare online idee, risorse e possibilmente anche collaboratori.

L'accesso può migliorare l'economia di un'area. Secondo il capo del progetto di Google Loon Mike Cassidy, aumentare la penetrazione di Internet di un paese del 10% si traduce in un aumento di circa l'1,4% del PIL all'anno [fonte: Valve ].

Google spera che Project Loon fornisca servizi commerciali entro la fine del 2016.

Nota dell'autore: come funziona Google Loon

L'accesso a Internet è di vitale importanza al giorno d'oggi, non solo per semplificarci la vita, ma per accedere a servizi vitali e in generale per inserirci nella società. Comunichiamo sempre più online e facciamo altre cose banali come leggere le notizie, controllare il tempo, pagare le bollette e consumare intrattenimento. Possiamo anche ottenere un'istruzione (sia al di fuori che all'interno dei programmi scolastici) per aiutarci a migliorare le nostre prospettive e cercare lavori ben al di fuori dell'area coperta dai nostri giornali locali e dai dipartimenti del lavoro. Non avere accesso a Internet ti mette in una posizione di svantaggio, quindi sono contento che ci siano persone che cercano di estenderne la portata a coloro che finora sono stati esclusi. E il fatto che parte del servizio possa essere fornito da palloncini lo fa sembrare ancora più divertente.

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