От ляво на дясно: еволюция на EHF сензори с вграден радар, източник: Google AI

Милиметровите вълни (MMW) или изключително високите честоти (EHF) са диапазон от радиовълни с дължина на вълната от 10 mm до 1 mm, което съответства на честота от 30 GHz до 300 GHz. Използват се във военни и полицейски радари, скенери за сигурност, EHF терапия за лечение на много заболявания, астрономически инструменти.

Но сега наближава ерата, когато радарите с милиметрови вълни (mmWave, 60 GHz) са узрели за широко разпространена търговска употреба. Скоро ще им бъде позволено да бъдат вградени в обикновените смартфони. Това отваря коренно нови възможности за използване на преносими джаджи: разпознаване на жестове в колите, дистанционно наблюдение на съня, проследяване на движението на всички хора в офиса и много други.

Преди това използването на радар mmWave в потребителската електроника изискваше специално одобрение на FCC. Google беше първият, който го получи през 2018 г., след това Vayyar, Amazon и някои други компании.

На 13 юли 2021 г. FCC предложи да отвори честотната лента 60 GHz за търговски mmWave приложения. Решението предизвика зелена светлина за десетки стартиращи предприятия и нови търговски продукти, на които беше разрешено свободно да използват EHF радари без специално разрешение на FCC.

Възможността за широко приложение на EHF радари се появи и поради напредъка в производството на RF CMOS

RFCMOS

RF CMOS чипът (RF CMOS) или RFIC интегрира радиочестотна (RF), аналогова и цифрова електроника. Напоследък стана възможно поставянето на радар, антени и изчислителни ядра на един и същ чип, което прави възможно производството на mmWave сензори на много по-ниска цена.

Радарът работи чрез предаване на електромагнитни вълни и обработка на отговорните вълни, отразени от околните обекти. Сигналът от 60 GHz има дължина на вълната от 5 mm, което позволява на mmWave да получава подробна информация за нас и нашата физическа среда.

Например, така изглежда резултатът от обработката на отразения EHF сигнал на смартфон, ако човек се приближи (отляво), отдалечи се (в центъра) или направи жест с ръка (вдясно).

EHF радарни данни на смартфон, източник: Google AI

4D

На EHF микросхемите обикновено има няколко антени, така че сензорът получава картина, сякаш, в четири измерения. В допълнение към трите координати, сензорът улавя и скоростта на всяка отразена точка. Научете повече за това как работят 4D радарите тук.

Диаграмата по-долу сравнява четири типа общи сензори: ултразвук, камера (2D), лидар (3D) и радар (4D). Както можете да видите, радарът е единственият сензор, който получава информация за скоростта на даден обект.

Друго предимство на радара е, че може да вижда през пластмаса и други материали. Това го прави отличен избор за потребителска електроника, тъй като може да се постави под тялото на всяка джаджа.

Радарът е имунизиран срещу фактори на околната среда като светлина, температура и прах, така че работи чудесно в среди, където фотосензорът е безполезен. В същото време е изключително надежден, буквално няма какво да се счупи в микросхемата: няма движещи се части или лещи.

Истинската полза от радарите mmWave идва, когато са интегрирани в AI системи. Например, изследователи от университета Карнеги Мелън миналата година обучиха невронна мрежа, която точно категоризира различни видове активност от радарни данни: размахване на ръце, клякане, колоездене, пляскане, хвърляне, скачане.

EHF радари в домакински уреди

Първият прототип на търговско устройство с вграден радар беше показан от студиото на Google ATAP (Advanced Technology & Projects) през 2015 г. Това беше проект за смарт часовник на Google Soli, разработен от екип, ръководен от Иван Попирев (виж статията на д).

Накратко, Project Soli е радар на миниатюрен чип, който може да бъде вграден във всякакви околни обекти: например огледало, печка, телевизор. Всеки обект, който взаимодейства с човек. Сега те ще разпознават жестовете с пръсти с точност под 1 мм.

Няма нужда да инсталирате обемисти камери и допълнително оборудване, особено след като нито една камера няма да може да проследява движенията с честота от 10 000 FPS, както прави Soli. Безконтактните жестове могат да се използват за разширяване на потребителския интерфейс на различни устройства.

В допълнение, през 2021 г. Google пусна второ поколение интелигентен дисплей Nest Hub с Sleep Sensing.

Интелигентен дисплей Nest Hub

Google Nest Hub (2-ро поколение)

Amazon пусна интелигентния звънец Ring Video Doorbell Pro 2 с вграден EHF радар в началото на 2021 г. Съответната функционалност за потребителите се рекламира като функции „3D засичане на движение“ и „Поглед от птичи поглед“. Радарът има по-малко фалшиви положителни резултати и по-широк обхват от стандартната IR камера. Освен това той вижда през храсти, дървета и други препятствия.

Amazon също последва примера на Google, като използва EHF радар за наблюдение на качеството на съня.

На базата на mmWave технологията работят устройства за наблюдение на офиса от следващо поколение, които точно проследяват местоположението на служителите в офиса в реално време.

Novelic, Arbe, Vayyar, Uhnder и Oculii и други работят върху автомобилни EHF радари.

Startup Miku разработи бебефон с вграден радар Miku Pro Smart Baby Monitor, който не само заснема бебето на видео, но и дистанционно следи скоростта на дишане и качеството на съня.

Технологията може да се използва и за безжична комуникация както на закрито, така и на открито. Всички основни клетъчни оператори вече работят по внедряването на mmWave. Има и проекти на трети страни като Facebook Terragraph и стартъп Aervivo.

Най-новият WiFi стандарт съчетава радарни и комуникационни техники за безжично наблюдение с WiFi рутери. Тоест, WiFi рутерът ще може ефективно да проследява движението на обекти около апартамента и да разпознава жестове.

Както можете да видите, напредъкът в производството на EHF радари и решението на FCC да отвори спектъра от 60 GHz помогнаха на редица джаджи с фундаментално нова функционалност да влязат на пазара. Очевидно mmWave е друга пробивна технология, която ще повлияе значително на интерфейсите около нас. Може би след няколко десетилетия разпознаването на жестове ще бъде естествена характеристика на много джаджи и други околни обекти.

bbabo.Net