من اليسار إلى اليمين: تطور مستشعرات EHF مع رادار مدمج ، المصدر: Google AI

الموجات المليمترية (MMW) أو الترددات العالية للغاية (EHF) هي مجموعة من الموجات الراديوية بطول موجة من 10 ملم إلى 1 ملم ، وهو ما يتوافق مع تردد من 30 جيجاهرتز إلى 300 جيجاهرتز. يتم استخدامها في الرادارات العسكرية والشرطية ، والماسحات الضوئية الأمنية ، والعلاج بالترددات فوق الصوتية لعلاج العديد من الأمراض ، والأدوات الفلكية.

ولكن الآن يقترب العصر عندما تكون رادارات الموجات المليمترية (mmWave، 60 GHz) جاهزة للاستخدام التجاري على نطاق واسع. قريباً سيتم السماح لهم بالدمج في الهواتف الذكية العادية. يفتح هذا إمكانيات جديدة جذريًا لاستخدام الأدوات المحمولة: التعرف على الإيماءات في السيارات ، ومراقبة النوم عن بُعد ، وتتبع حركة جميع الأشخاص في المكتب ، وغير ذلك الكثير.

في السابق ، كان استخدام رادار mmWave في الإلكترونيات الاستهلاكية يتطلب موافقة خاصة من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). كانت Google أول من استلمها في 2018 ، ثم Vayyar و Amazon وبعض الشركات الأخرى.

في 13 يوليو 2021 ، اقترحت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) فتح نطاق 60 جيجاهرتز لتطبيقات mmWave التجارية. أثار القرار الضوء الأخضر لعشرات الشركات الناشئة والمنتجات التجارية الجديدة التي سُمح لها باستخدام رادارات EHF بحرية دون تصريح خاص من لجنة الاتصالات الفدرالية.

ظهرت أيضًا إمكانية التطبيق الواسع لرادارات EHF بسبب التقدم في تصنيع RF CMOS

RFCMOS

تدمج شريحة RF CMOS (RF CMOS) أو RFIC تردد الراديو (RF) والإلكترونيات التناظرية والرقمية. في الآونة الأخيرة ، أصبح من الممكن وضع الرادار والهوائيات والنواة الحاسوبية على نفس الشريحة ، مما يجعل من الممكن إنتاج مستشعرات mmWave بسعر أقل بكثير.

يعمل الرادار عن طريق إرسال الموجات الكهرومغناطيسية ومعالجة موجات الاستجابة المنعكسة من الأجسام المحيطة. يبلغ الطول الموجي للإشارة 60 جيجاهرتز 5 مم ، مما يسمح لـ mmWave بتلقي معلومات مفصلة عنا وعن بيئتنا المادية.

على سبيل المثال ، هذه هي الطريقة التي تبدو بها نتيجة معالجة إشارة EHF المنعكسة على الهاتف الذكي إذا اقترب الشخص (على اليسار) ، أو تحرك بعيدًا (في الوسط) أو قام بإيماءة اليد (على اليمين).

بيانات رادار EHF على هاتف ذكي ، المصدر: Google AI

4 د

في الدوائر المصغرة للترددات فوق الصوتية (EHF) ، يوجد عادة عدة هوائيات ، لذلك يتلقى المستشعر صورة ، كما كانت ، بأربعة أبعاد. بالإضافة إلى ثلاثة إحداثيات ، يلتقط المستشعر أيضًا سرعة كل نقطة منعكسة. تعرف على المزيد حول كيفية عمل الرادارات رباعية الأبعاد هنا.

يقارن الرسم البياني أدناه أربعة أنواع من أجهزة الاستشعار الشائعة: الموجات فوق الصوتية ، والكاميرا (2D) ، والليدار (ثلاثي الأبعاد) ، والرادار (4D). كما ترى ، الرادار هو المستشعر الوحيد الذي يتلقى معلومات حول سرعة الجسم.

ميزة أخرى للرادار هي أنه يمكن أن يرى من خلال البلاستيك والمواد الأخرى. هذا يجعلها اختيارًا ممتازًا للإلكترونيات الاستهلاكية حيث يمكن وضعها تحت جسم أي أداة.

الرادار محصن ضد العوامل البيئية مثل الضوء ودرجة الحرارة والغبار ، لذلك فهو يعمل بشكل رائع في البيئات التي يكون فيها جهاز الاستشعار الضوئي عديم الفائدة. في الوقت نفسه ، إنه موثوق للغاية ، فلا يوجد أي شيء حرفيًا يمكن كسره في الدائرة المصغرة: لا توجد أجزاء متحركة أو عدسات.

تأتي الفائدة الحقيقية لرادارات mmWave عندما يتم دمجها في أنظمة AI. على سبيل المثال ، قام الباحثون في جامعة كارنيجي ميلون العام الماضي بتدريب شبكة عصبية تصنف بدقة أنواعًا مختلفة من النشاط من بيانات الرادار: التلويح بالذراع ، القرفصاء ، ركوب الدراجات ، التصفيق ، الاندفاع ، القفز.

الرادارات ذات التردد العالي جداً في الأجهزة المنزلية

تم عرض أول نموذج أولي لجهاز تجاري به رادار مدمج بواسطة استوديو Google ATAP (التكنولوجيا والمشاريع المتقدمة) في عام 2015. لقد كان مشروعًا لساعة Google Soli الذكية تم تطويره بواسطة فريق بقيادة إيفان بوبيريف (انظر المقالة على البريد).

باختصار ، Project Soli عبارة عن رادار على شريحة مصغرة يمكن تضمينها في أي كائنات محيطة: على سبيل المثال ، مرآة ، موقد ، تلفزيون. أي كائن يتفاعل مع شخص. الآن سوف يتعرفون على إيماءات الأصابع بدقة أقل من 1 مم.

ليست هناك حاجة لتركيب كاميرات ضخمة ومعدات إضافية ، خاصة أنه لا توجد كاميرات قادرة على تتبع الحركات بتردد 10000 إطار في الثانية ، كما يفعل Soli. يمكن استخدام إيماءات اللمس لتوسيع واجهة المستخدم للأجهزة المختلفة.

في أكتوبر 2019 ، تم دمج رادار Soli في هاتف Pixel 4 الذكي (الاسم التسويقي (Motion Sense) ، حيث سرع عملية فتح الوجه جنبًا إلى جنب مع دعم التعرف على العديد من الإيماءات الأساسية ، مثل التحكم في الموسيقى. ولكن منذ ذلك الحين ، أصبحت الشريحة لم يتم تضمينه في أي هاتف ذكي Pixel على الأرجح ، قرر المطورون العمل على تطبيق هذه التقنية في الهواتف الذكية.

بالإضافة إلى ذلك ، في عام 2021 ، أطلقت Google شاشة Nest Hub الذكية من الجيل الثاني المزودة بميزة استشعار النوم.

Smart Display Nest Hub

تستخدم ميزة Sleep Sensing رادار Soli لمراقبة نوم الشخص المجاور للشاشة بناءً على حركاته وتنفسه - كل ذلك بدون كاميرا أو نوع من أجهزة الاستشعار التي يمكن ارتداؤها.كشف تفكيك هذه الأداة التي تبلغ تكلفتها 60 دولارًا عن شريحة رادار Infineon تكلف 3.65 دولار.

Google Nest Hub (الجيل الثاني)

أطلقت أمازون جرس الباب الذكي Ring Video Doorbell Pro 2 مع رادار EHF مدمج في أوائل عام 2021. توصف الوظيفة المقابلة للمستهلكين بوظائف "كشف الحركة ثلاثية الأبعاد" و "رؤية عين الطائر". يحتوي الرادار على عدد أقل من الإيجابيات الخاطئة ونطاق أوسع من كاميرا الأشعة تحت الحمراء القياسية. بالإضافة إلى ذلك ، يرى من خلال الشجيرات والأشجار والعوائق الأخرى.

اتبعت أمازون أيضًا خطى Google باستخدام رادار EHF لمراقبة جودة النوم.

لم تُصدر شركة Apple أي شيء حتى الآن باستخدام رادار مدمج ، ولكن في أوائل عام 2021 حصلت على براءة اختراع لجهاز به صفيف هوائي رادار دائري.

استنادًا إلى تقنية mmWave ، تعمل أجهزة مراقبة المكاتب من الجيل التالي ، والتي تتعقب بدقة موقع الموظفين في المكتب في الوقت الفعلي.

تعمل شركة Novelic و Arbe و Vayyar و Uhnder و Oculii وغيرهم على رادارات السيارات ذات التردد العالي جداً.

طورت شركة Startup Miku جهاز مراقبة للأطفال مزودًا برادار مدمج Miku Pro Smart Baby Monitor ، والذي لا يلتقط الطفل في الفيديو فحسب ، بل يراقب عن بُعد معدل التنفس وجودة النوم.

يمكن أيضًا استخدام التقنية للاتصالات اللاسلكية في الداخل والخارج. يعمل جميع مشغلي الهواتف المحمولة الرئيسيين الآن على تنفيذ mmWave. هناك أيضًا مشاريع تابعة لجهات خارجية مثل Facebook Terragraph وبدء التشغيل Aervivo.

تم اعتماد معيار WiGig (WiFi بتردد 60 جيجاهرتز) في عام 2009 ويكتسب زخمًا تدريجيًا. على سبيل المثال ، أنشأت Intel مهايئًا لاسلكيًا لسماعة Vive VR باستخدام WiGig ، والذي يتميز بزمن انتقال شبه معدوم ومعدل بيانات يبلغ 4.6 جيجابت في الثانية.

يجمع أحدث معيار WiFi بين تقنيات الرادار والاتصالات للاستشعار اللاسلكي مع أجهزة توجيه WiFi. أي أن جهاز توجيه WiFi سيكون قادرًا على تتبع حركة الكائنات حول الشقة بشكل فعال والتعرف على الإيماءات.

كما ترى ، فإن التقدم المحرز في إنتاج رادارات EHF وقرار لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) بفتح طيف 60 جيجاهرتز ساعد عددًا من الأجهزة ذات الوظائف الجديدة بشكل أساسي على دخول السوق. من الواضح أن mmWave هي تقنية اختراق أخرى ستؤثر بشكل كبير على الواجهات من حولنا. ربما في غضون عقود قليلة ، سيكون التعرف على الإيماءات سمة طبيعية للعديد من الأدوات والأشياء المحيطة الأخرى.

للترويج لواجهات برمجة التطبيقات القياسية والموحدة الجديدة ، تم تشكيل تحالف Ripple Technology Alliance في يناير 2022.

bbabo.Net