水中ロボット用音響通信技術が直面する主な制約は何ですか？

この件ですが、私たちが普段使っている携帯電話のWi-Fiや5Gと比較すると、水中通信はまさに石器時代です。主に以下のようないくつかの大きな問題点があります。

カタツムリのように遅い通信速度 普段インターネットで動画を見たり、ゲームをしたりするとき、データはあっという間に伝送されますよね。しかし、水中では音波が主な通信手段であり、水中での伝播速度は非常に遅く、およそ秒速1500メートルです。この速度は一見速そうに聞こえますが、光速や電磁波とは比べ物になりません。このため、「帯域幅」が極めて低く、まるで非常に細い水道管のように、一度にほんのわずかな水しか流せません。したがって、水中で高画質動画を伝送しようとするのは無理な話で、数文字やいくつかの簡単な指示、データが送れれば良い方です。
イライラするほどの高い遅延 信号の伝播が遅いため、往復の遅延が非常に高くなります。例えば、船から数キロメートル深い水中のロボットに「左に曲がれ」という指示を送ると、信号が届くまでに数秒かかるかもしれません。ロボットが動作を完了し、「曲がり終えました」というメッセージを返送するまでには、さらに数秒かかります。このような遅延は、精密な操作が必要なタスクにとっては致命的であり、まるで数秒のネットワーク遅延があるコンピューターゲームをプレイしているようなもので、全く遊べません。
エコーやノイズでごちゃ混ぜ 水中環境は非常に複雑です。発信された音波信号の一部は直接受信者に伝わりますが、多くの部分は水面、海底、魚群、岩石にぶつかってから反射して伝わります。これは、広大な山谷で叫ぶと、相手にはあなたの声だけでなく、様々な方向から遅れて届く反響も聞こえるようなものです。これらの「反響」（専門的にはマルチパス効果と呼ばれます）は、元の信号をめちゃくちゃにし、ロボットはどれが本当の指示なのか区別するのが難しくなります。さらに、海自体が騒がしく、船のエンジン音、クジラやイルカの鳴き声、さらには雨の音など、これらすべてがノイズとなり、信号をかき消してしまいます。
信号が遠くまで届かず、接続が切れやすい 水中での音の伝播では、エネルギーが水に吸収され続け、遠くまで伝わるほど弱くなります。まるで叫び声が遠くなるほど小さくなるのと同じです。周波数が高い音ほど減衰が速いですが、高周波数ほど多くの情報を運べます（つまり帯域幅が広いです）。これは非常に矛盾しており、遠くまで伝送するためには低周波数音波を使う必要がありますが、低周波数音波では「通信速度」がさらに遅くなります。したがって、水中通信の距離と速度は生まれつきの宿敵であり、両立させるのは非常に困難です。

まとめると、水という媒体の物理的特性により、音波通信は遅く、途切れやすく、乱れやすく、遠くまで届かないということです。このため、水中ロボットのほとんどは、事前に設定されたプログラムに基づいて自律的に動作するか、リアルタイムではない簡単な遠隔操作しかできません。私たちが陸上で体験する即時的な無線通信とは全く異なる概念です。