De gauche à droite : évolution des capteurs EHF avec radar intégré, source : Google AI

Les ondes millimétriques (MMW) ou extrêmement hautes fréquences (EHF) sont une gamme d'ondes radio d'une longueur d'onde de 10 mm à 1 mm, ce qui correspond à une fréquence de 30 GHz à 300 GHz. Ils sont utilisés dans les radars militaires et policiers, les scanners de sécurité, la thérapie EHF pour le traitement de nombreuses maladies, les instruments astronomiques.

Mais maintenant, l'ère approche où les radars à ondes millimétriques (mmWave, 60 GHz) sont mûrs pour une utilisation commerciale généralisée. Bientôt, ils seront autorisés à être intégrés dans les smartphones ordinaires. Cela ouvre des possibilités radicalement nouvelles pour l'utilisation des gadgets portables : reconnaissance des gestes dans les voitures, surveillance du sommeil à distance, suivi des mouvements de toutes les personnes au bureau, et bien plus encore.

Auparavant, l'utilisation du radar mmWave dans l'électronique grand public nécessitait une approbation spéciale de la FCC. Google a été le premier à le recevoir en 2018, puis Vayyar, Amazon et quelques autres sociétés.

Le 13 juillet 2021, la FCC a proposé d'ouvrir la bande 60 GHz aux applications commerciales mmWave. La décision a donné le feu vert à des dizaines de start-ups et de nouveaux produits commerciaux autorisés à utiliser librement les radars EHF sans autorisation spéciale de la FCC.

La possibilité d'une large application des radars EHF est également apparue en raison des progrès dans la fabrication de RF CMOS

RFCMOS

La puce RF CMOS (RF CMOS) ou RFIC intègre une électronique radiofréquence (RF), analogique et numérique. Récemment, il est devenu possible de placer radar, antennes et cœurs de calcul sur la même puce, ce qui permet de produire des capteurs mmWave à un prix bien inférieur.

Le radar fonctionne en transmettant des ondes électromagnétiques et en traitant les ondes de réponse réfléchies par les objets environnants. Le signal de 60 GHz a une longueur d'onde de 5 mm, ce qui permet à mmWave de recevoir des informations détaillées sur nous et notre environnement physique.

Par exemple, voici à quoi ressemble le résultat du traitement du signal EHF réfléchi sur un smartphone si une personne s'approche (à gauche), s'éloigne (au centre) ou fait un geste de la main (à droite).

Données radar EHF sur smartphone, source : Google AI

4D

Sur les microcircuits EHF, il y a généralement plusieurs antennes, de sorte que le capteur reçoit une image, pour ainsi dire, en quatre dimensions. En plus de trois coordonnées, le capteur capture également la vitesse de chaque point réfléchi. En savoir plus sur le fonctionnement des radars 4D ici.

Le schéma ci-dessous compare quatre types de capteurs courants : ultrasons, caméra (2D), lidar (3D) et radar (4D). Comme vous pouvez le voir, le radar est le seul capteur qui reçoit des informations sur la vitesse d'un objet.

Un autre avantage du radar est qu'il peut voir à travers le plastique et d'autres matériaux. Cela en fait un excellent choix pour l'électronique grand public car il peut être placé sous le corps de n'importe quel gadget.

Le radar est insensible aux facteurs environnementaux tels que la lumière, la température et la poussière, il fonctionne donc parfaitement dans les environnements où le capteur photo est inutile. En même temps, il est extrêmement fiable, il n'y a littéralement rien à casser dans le microcircuit : il n'y a pas de pièces mobiles ni de lentilles.

Le véritable avantage des radars à ondes millimétriques vient de leur intégration dans les systèmes d'IA. Par exemple, des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon l'année dernière ont formé un réseau de neurones qui catégorise avec précision différents types d'activité à partir de données radar : agiter les bras, s'accroupir, faire du vélo, applaudir, se précipiter, sauter.

Radars EHF dans les appareils électroménagers

Le premier prototype d'un appareil commercial avec un radar intégré a été présenté par le studio Google ATAP (Advanced Technology & Projects) en 2015. Il s'agissait d'un projet de smartwatch Google Soli développé par une équipe dirigée par Ivan Popyrev (voir article sur e).

En bref, Project Soli est un radar sur une puce miniature qui peut être intégré dans n'importe quel objet environnant : par exemple, un miroir, un poêle, un téléviseur. Tout objet qui interagit avec une personne. Désormais, ils reconnaîtront les gestes des doigts avec une précision inférieure à 1 mm.

Il n'est pas nécessaire d'installer des caméras encombrantes et des équipements supplémentaires, d'autant plus qu'aucune caméra ne pourra suivre les mouvements à une fréquence de 10 000 FPS, comme le fait Soli. Les gestes sans contact peuvent être utilisés pour étendre l'interface utilisateur de divers appareils.

En octobre 2019, le radar Soli a été intégré au smartphone Pixel 4 (nom commercial (Motion Sense), où il a accéléré le processus de déverrouillage du visage tout en prenant en charge la reconnaissance de plusieurs gestes de base, tels que le contrôle de la musique. Mais depuis lors, la puce n'a été inclus dans aucun smartphone Pixel Probablement, les développeurs ont décidé de travailler sur l'application de cette technologie dans les smartphones.

De plus, en 2021, Google a lancé son écran intelligent Nest Hub de deuxième génération avec détection de sommeil.

Nest Hub avec affichage intelligent

La fonction de détection du sommeil utilise le radar de Soli pour surveiller le sommeil de la personne à côté de l'écran en fonction de ses mouvements et de sa respiration - le tout sans caméra ni capteur portable.Un démontage de ce gadget à 60 $ a révélé une puce radar Infineon qui coûte 3,65 $.

Google Nest Hub (2e génération)

Amazon a lancé la sonnette intelligente Ring Video Doorbell Pro 2 avec un radar EHF intégré au début de 2021. La fonctionnalité correspondante pour les consommateurs est présentée comme des fonctions de « détection de mouvement 3D » et de « vue à vol d'oiseau ». Le radar a moins de faux positifs et une portée plus large qu'une caméra infrarouge standard. De plus, il voit à travers les buissons, les arbres et autres obstacles.

Amazon a également suivi l'exemple de Google en utilisant le radar EHF pour surveiller la qualité du sommeil.

Apple n'a encore rien publié avec un radar intégré, mais au début de 2021, il a reçu un brevet pour un appareil avec un réseau d'antennes radar circulaires.

Basés sur la technologie mmWave, les appareils de surveillance de bureau de nouvelle génération fonctionnent, qui suivent avec précision l'emplacement des employés au bureau en temps réel.

Novelic, Arbe, Vayyar, Uhnder et Oculii et d'autres travaillent sur des radars EHF automobiles.

La startup Miku a développé un babyphone avec un radar intégré Miku Pro Smart Baby Monitor, qui non seulement capture le bébé en vidéo, mais surveille à distance le rythme respiratoire et la qualité du sommeil.

La technologie peut également être utilisée pour la communication sans fil à l'intérieur et à l'extérieur. Tous les principaux opérateurs de téléphonie mobile travaillent actuellement à la mise en œuvre de mmWave. Il existe également des projets tiers tels que Facebook Terragraph et la startup Aervivo.

La norme WiGig (WiFi à une fréquence de 60 GHz) a été adoptée en 2009 et prend progressivement de l'ampleur. Par exemple, Intel a créé un adaptateur sans fil pour le casque Vive VR utilisant WiGig, qui a une latence quasi nulle et un débit de données de 4,6 Gbps.

La dernière norme Wi-Fi combine des techniques de radar et de communication pour la détection sans fil avec des routeurs Wi-Fi. Autrement dit, le routeur WiFi pourra suivre efficacement le mouvement des objets dans l'appartement et reconnaître les gestes.

Comme vous pouvez le voir, les progrès dans la production de radars EHF et la décision de la FCC d'ouvrir le spectre 60 GHz ont aidé un certain nombre de gadgets dotés de fonctionnalités fondamentalement nouvelles à entrer sur le marché. Apparemment, mmWave est une autre technologie révolutionnaire qui affectera grandement les interfaces qui nous entourent. Peut-être quelques décennies, la reconnaissance des gestes sera une caractéristique naturelle de nombreux gadgets et autres objets environnants.

Pour promouvoir les nouvelles API standard et unifiées, la Ripple Technology Alliance a été formée en janvier 2022.

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