El alivio puede estar en el horizonte para cualquiera que alguna vez haya saltado por una habitación como un jack-in-the-box para que las luces de detección de movimiento se vuelvan a encender, gracias a un nuevo sensor de movimiento basado en metamateriales que es lo suficientemente sensiblepara controlar la respiración de una persona.
En un par de nuevos estudios, investigadores de la Universidad de Duke y el Institut Langevin, Francia, han demostrado que los patrones creados por las ondas de radio pueden detectar la presencia y ubicación de una persona en cualquier lugar dentro de una habitación.
Los hallazgos aparecieron recientemente en Informes científicos y el 6 de agosto en el Cartas de revisión física .
Esta nueva tecnología de detección de movimiento podría conducir a nuevos dispositivos domésticos inteligentes para ahorrar energía, seguridad, atención médica y juegos.
"Las compañías de energía no adoran los detectores de movimiento infrarrojos porque tienen muchos problemas", dijo David R. Smith, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática James B. Duke en Duke. "La cantidad de espacio que pueden cubrir es limitada, una persona tiene que estar dentro de su línea de visión para ser detectada, y probablemente todos hayan tenido la experiencia de que las luces se han apagado porque se han quedado quietas durante demasiado tiempo. Las ondas de radio pueden sortear todas estas limitaciones ".
En su trabajo inicial publicado a principios de este año, los investigadores aprovecharon los patrones creados por las ondas de radio que rebotan alrededor de una habitación e interfieren entre sí. Estos patrones únicos cambian con la más mínima perturbación de los objetos de la habitación, permitiendo que una antena sensible detecte cuándoalgo se mueve o entra en la habitación. Y al comparar cómo cambian estos patrones con el tiempo, también se pueden usar para detectar movimientos cíclicos como un aspa del ventilador girando, o incluso una persona respirando.
En el último artículo, el equipo muestra que con un poco de entrenamiento, el sistema también puede extraer la información necesaria para ubicar objetos o personas en un espacio. Al sistema de demostración se le enseñó el patrón de ondas de radio dispersadas por un bloque triangular colocado en23 posiciones diferentes en un piso. Esa calibración es suficiente no solo para distinguir entre los 23 escenarios aprendidos, sino también para distinguir las posiciones de tres bloques idénticos colocados en cualquiera de las 1,771 configuraciones posibles.
La tecnología funciona aprovechando la forma en que las ondas de radio se comportan en una habitación cerrada. Su capacidad de reflejarse continuamente en múltiples superficies crea patrones de interferencia complejos en una habitación. En el pasado, esta complejidad ha sido un obstáculo para los sistemas que intentan localizarel origen de una señal. Pero Smith y sus colegas ahora han demostrado que se puede aprovechar esta misma complejidad para detectar movimientos y ubicar objetos dentro de una habitación.
"La complejidad de la forma en que las ondas de radio rebotan alrededor de una habitación e interfieren entre sí crea una especie de huella digital", explicó Philipp del Hougne, un investigador que visita el laboratorio de Smith del Institut Langevin en París, Francia. "Y cada vez que hay un objeto dentrouna habitación se mueve, aunque sea un poco, esa huella digital cambia "
El desafío radica en encontrar la forma más eficiente de entintar esa huella dactilar en primer lugar. Requiere mucha información, explicó Del Hougne, y hay varias formas tradicionales de hacerlo, pero todas tienen inconvenientes.
Se podría instalar una gran cantidad de antenas en muchos lugares alrededor de una habitación para tomar múltiples mediciones, pero esto sería costoso e inconveniente. Otra táctica sería medir muchas frecuencias diferentes, ya que cada una rebota alrededor de una habitación de una manera única.Sin embargo, este enfoque probablemente crearía interferencia con otras señales de ondas de radio como Wi-Fi y Bluetooth que funcionan dentro de una habitación.
La solución de los investigadores es controlar dinámicamente la forma de las ondas utilizando metamateriales, materiales artificiales que manipulan ondas como la luz y el sonido a través de las propiedades de su estructura. Una antena de metamaterial de panel plano puede dar forma a las ondas en configuraciones arbitrarias y crear muchas formas diferentesfrentes de onda en rápida sucesión.
"Ni siquiera importa cuáles son esas formas de onda en particular", dijo Smith. "Mientras sean diversas, el detector recogerá suficientes patrones diferentes para determinar si hay algo allí y dónde está".
"Existen otras tecnologías que podrían lograr capacidades similares de conformación del frente de onda, pero son mucho más caras tanto en costo como en uso de energía", dijo Mohammadreza Imani, un becario postdoctoral en el laboratorio de Smith que también trabajó en los documentos ".demostró que la capacidad de ajustar la temperatura de una habitación cuando las personas se van y regresan puede reducir el consumo de energía en aproximadamente un 30 por ciento. Pero si está tratando de ahorrar energía gastando más energía cambiando el patrón de la antena, entonces no está ayudando ".
Y el ahorro de energía puede ser solo la punta del iceberg. La capacidad de contar la cantidad de personas en una habitación, distinguir las posiciones del cuerpo y monitorear los patrones de respiración también tiene aplicaciones potenciales en seguridad, atención médica y juegos.
Los científicos franceses en el proyecto han creado una compañía de inicio relacionada llamada Greenerwave.
"Si bien definitivamente seguimos con el ángulo de energía, también veremos a dónde nos lleva la investigación", dijo Smith.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea FA9550-12-1-0491.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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