De la stânga la dreapta: evoluția senzorilor EHF cu radar încorporat, sursă: Google AI

Undele milimetrice (MMW) sau frecvențele extrem de înalte (EHF) reprezintă o gamă de unde radio cu o lungime de undă de la 10 mm la 1 mm, care corespunde unei frecvențe de la 30 GHz la 300 GHz. Sunt utilizate în radarele militare și de poliție, scanere de securitate, terapia EHF pentru tratamentul multor boli, instrumente astronomice.

Dar acum se apropie epoca în care radarele cu unde milimetrice (mmWave, 60 GHz) sunt gata pentru utilizare comercială pe scară largă. În curând, li se va permite să fie integrate în smartphone-urile obișnuite. Acest lucru deschide posibilități radical noi de utilizare a gadgeturilor portabile: recunoașterea gesturilor în mașini, monitorizarea de la distanță a somnului, urmărirea mișcării tuturor oamenilor de la birou și multe altele.

Anterior, utilizarea radarului mmWave în electronicele de larg consum necesitaa aprobare specială FCC. Google a fost primul care l-a primit în 2018, apoi Vayyar, Amazon și alte câteva companii.

Pe 13 iulie 2021, FCC a propus deschiderea benzii de 60 GHz pentru aplicațiile comerciale mmWave. Decizia a stârnit undă verde pentru zeci de start-up-uri și noi produse comerciale cărora li sa permis să utilizeze în mod liber radarele EHF fără autorizație specială FCC.

Posibilitatea unei largi aplicații a radarelor EHF a apărut și datorită progresului în fabricarea RF CMOS

RFCMOS

Cipul RF CMOS (RF CMOS) sau RFIC integrează electronice de radiofrecvență (RF), analogice și digitale. Recent, a devenit posibilă plasarea radarului, a antenelor și a nucleelor ​​de calcul pe același cip, ceea ce face posibilă producerea de senzori mmWave la un preț mult mai mic.

Radarul funcționează prin transmiterea undelor electromagnetice și procesarea undelor de răspuns reflectate de obiectele din jur. Semnalul de 60 GHz are o lungime de undă de 5 mm, ceea ce permite mmWave să primească informații detaliate despre noi și mediul nostru fizic.

De exemplu, așa arată rezultatul procesării semnalului EHF reflectat pe un smartphone dacă o persoană se apropie (stânga), se îndepărtează (centru) sau face un gest cu mâna (dreapta).

Date radar EHF pe un smartphone, sursa: Google AI

4D

Pe microcircuitele EHF, există de obicei mai multe antene, astfel încât senzorul primește o imagine, parcă, în patru dimensiuni. Pe lângă trei coordonate, senzorul captează și viteza fiecărui punct reflectat. Aflați mai multe despre cum funcționează radarele 4D aici.

Diagrama de mai jos compară patru tipuri de senzori obișnuiți: ultrasunete, cameră (2D), lidar (3D) și radar (4D). După cum puteți vedea, radarul este singurul senzor care primește informații despre viteza unui obiect.

Un alt avantaj al radarului este că poate vedea prin plastic și alte materiale. Acest lucru îl face o alegere excelentă pentru electronicele de larg consum, deoarece poate fi plasat sub corpul oricărui gadget.

Radarul este imun la factorii de mediu cum ar fi lumina, temperatura și praful, așa că funcționează excelent în mediile în care fotosenzorul este inutil. În același timp, este extrem de fiabil, nu există literalmente nimic de spart în microcircuit: nu există părți mobile sau lentile.

Beneficiul real al radarelor mmWave vine atunci când sunt integrate în sistemele AI. De exemplu, cercetătorii de la Universitatea Carnegie Mellon au antrenat anul trecut o rețea neuronală care clasifică cu exactitate diferitele tipuri de activitate din datele radar: fluturarea brațului, ghemuit, ciclism, bătăi din palme, lungi, sărituri.

Radar EHF în aparatele de uz casnic

Primul prototip al unui dispozitiv comercial cu radar încorporat a fost prezentat de studioul Google ATAP (Advanced Technology & Projects) în 2015. A fost un proiect de ceas inteligent Google Soli dezvoltat de o echipă condusă de Ivan Popyrev (vezi articolul de pe e).

Pe scurt, Project Soli este un radar pe un cip miniatural care poate fi încorporat în orice obiect din jur: de exemplu, o oglindă, o sobă, un televizor. Orice obiect care interacționează cu o persoană. Acum vor recunoaște gesturile cu degetele cu o precizie mai mică de 1 mm.

Nu este nevoie să instalați camere voluminoase și echipamente suplimentare, mai ales că nicio cameră nu va putea urmări mișcările la o frecvență de 10.000 FPS, așa cum face Soli. Gesturile fără atingere pot fi folosite pentru a extinde interfața de utilizare a diferitelor dispozitive.

În octombrie 2019, radarul Soli a fost integrat în smartphone-ul Pixel 4 (nume de marketing (Motion Sense), unde a accelerat procesul de deblocare a feței împreună cu suport pentru recunoașterea mai multor gesturi de bază, cum ar fi controlul muzicii. Dar de atunci, cipul nu a fost inclus în niciun smartphone Pixel Probabil, dezvoltatorii au decis să lucreze la aplicarea acestei tehnologii în smartphone-uri.

În plus, în 2021, Google a lansat a doua generație de afișaj inteligent Nest Hub cu Sleep Sensing.

Smart Display Nest Hub

Funcția de detectare a somnului folosește radarul lui Soli pentru a monitoriza somnul persoanei de lângă afișaj pe baza mișcărilor și respirației sale - toate fără o cameră sau un fel de senzor care poate fi purtat.O demontare a acestui gadget de 60 USD a dezvăluit un cip radar Infineon care costă 3,65 USD.

Google Nest Hub (a doua generație)

Amazon a lansat soneria inteligentă Ring Video Doorbell Pro 2 cu un radar EHF încorporat la începutul anului 2021. Funcționalitatea corespunzătoare pentru consumatori este prezentată ca funcții „Detecție mișcare 3D” și „Vizualizare cu privire la pasăre”. Radarul are mai puține false pozitive și o rază mai largă decât o cameră IR standard. În plus, vede prin tufișuri, copaci și alte obstacole.

De asemenea, Amazon a urmat exemplul Google utilizând radarul EHF pentru a monitoriza calitatea somnului.

Apple nu a lansat încă nimic cu un radar încorporat, dar la începutul lui 2021 a primit un brevet pentru un dispozitiv cu o rețea de antene radar circulare.

Bazat pe tehnologia mmWave, funcționează dispozitivele de monitorizare de birou de ultimă generație, care urmăresc cu exactitate locația angajaților în birou în timp real.

Novelic, Arbe, Vayyar, Uhnder și Oculii și alții lucrează la radarele EHF pentru automobile.

Startup Miku a dezvoltat un monitor pentru bebeluși cu un radar încorporat Miku Pro Smart Baby Monitor, care nu numai că surprinde copilul în video, dar monitorizează de la distanță rata respirației și calitatea somnului.

Tehnologia poate fi folosită și pentru comunicații fără fir atât în ​​interior, cât și în exterior. Toți principalii operatori celulari lucrează acum la implementarea mmWave. Există, de asemenea, proiecte terță parte, cum ar fi Facebook Terragraph și startup-ul Aervivo.

Standardul WiGig (WiFi la o frecvență de 60 GHz) a fost adoptat încă din 2009 și câștigă treptat amploare. De exemplu, Intel a creat un adaptor wireless pentru căștile Vive VR folosind WiGig, care are o latență aproape de zero și o rată a datelor de 4,6 Gbps.

Cel mai recent standard WiFi combină tehnicile radar și de comunicare pentru detectarea fără fir cu routerele WiFi. Adică, routerul WiFi va putea urmări eficient mișcarea obiectelor în jurul apartamentului și va putea recunoaște gesturile.

După cum puteți vedea, progresul în producția de radare EHF și decizia FCC de a deschide spectrul de 60 GHz au ajutat o serie de gadgeturi cu funcționalități fundamental noi să intre pe piață. Aparent, mmWave este o altă tehnologie inovatoare care va afecta foarte mult interfețele din jurul nostru. Poate că în câteva decenii, recunoașterea gesturilor va fi o caracteristică naturală a multor gadget-uri și a altor obiecte din jur.

Pentru a promova noul standard și noul API-uri unificate, Ripple Technology Alliance a fost înființată în ianuarie 2022.

bbabo.Net