Zľava doprava: vývoj EHF senzorov so vstavaným radarom, zdroj: Google AI
Milimetrové vlny (MMW) alebo extrémne vysoké frekvencie (EHF) je rozsah rádiových vĺn s vlnovou dĺžkou 10 mm až 1 mm, čo zodpovedá frekvencii 30 GHz až 300 GHz. Používajú sa vo vojenských a policajných radaroch, bezpečnostných skeneroch, EHF terapii na liečbu mnohých chorôb, astronomických prístrojoch.
Teraz sa však blíži éra, keď sú radary s milimetrovými vlnami (mmWave, 60 GHz) zrelé na široké komerčné využitie. Čoskoro ich bude možné zabudovať do bežných smartfónov. To otvára radikálne nové možnosti využitia prenosných gadgetov: rozpoznávanie gest v autách, vzdialené monitorovanie spánku, sledovanie pohybu všetkých ľudí v kancelárii a mnoho ďalšieho.
Predtým si použitie radaru mmWave v spotrebnej elektronike vyžadovalo špeciálne schválenie FCC. Ako prvý ho v roku 2018 dostal Google, potom Vayyar, Amazon a niektoré ďalšie spoločnosti.
13. júla 2021 FCC navrhla otvoriť pásmo 60 GHz komerčným aplikáciám mmWave. Toto rozhodnutie vyvolalo zelenú pre desiatky začínajúcich podnikov a nových komerčných produktov, ktoré mohli voľne používať EHF radary bez špeciálneho povolenia FCC.
Možnosť širokého uplatnenia EHF radarov sa objavila aj vďaka pokroku vo výrobe RF CMOS
RFCMOS
RF CMOS čip (RF CMOS) alebo RFIC integruje rádiofrekvenčnú (RF), analógovú a digitálnu elektroniku. V poslednej dobe je možné umiestniť radar, antény a výpočtové jadrá na rovnaký čip, čo umožňuje vyrábať snímače mmWave za oveľa nižšiu cenu.
Radar funguje tak, že vysiela elektromagnetické vlny a spracováva odozvy vĺn odrazených od okolitých objektov. 60 GHz signál má vlnovú dĺžku 5 mm, čo umožňuje mmWave prijímať podrobné informácie o nás a našom fyzickom prostredí.
Takto napríklad vyzerá výsledok spracovania odrazeného EHF signálu na smartfóne, ak sa človek priblíži (vľavo), vzdiali (v strede) alebo urobí gesto rukou (vpravo).
EHF radarové údaje na smartfóne, zdroj: Google AI
4D
Na mikroobvodoch EHF je zvyčajne niekoľko antén, takže snímač prijíma obraz v štyroch rozmeroch. Okrem troch súradníc sníma senzor aj rýchlosť každého odrazeného bodu. Tu sa dozviete viac o tom, ako fungujú 4D radary.
Nižšie uvedený diagram porovnáva štyri typy bežných senzorov: ultrazvuk, kamera (2D), lidar (3D) a radar (4D). Ako vidíte, radar je jediný snímač, ktorý prijíma informácie o rýchlosti objektu.
Ďalšou výhodou radaru je, že vidí cez plasty a iné materiály. Vďaka tomu je vynikajúcou voľbou pre spotrebnú elektroniku, pretože sa dá umiestniť pod telo akéhokoľvek gadgetu.
Radar je odolný voči faktorom prostredia, ako je svetlo, teplota a prach, takže funguje skvele v prostrediach, kde je fotosenzor zbytočný. Zároveň je mimoriadne spoľahlivý, v mikroobvode sa doslova nič nezlomí: nie sú tam žiadne pohyblivé časti ani šošovky.
Skutočná výhoda radarov mmWave prichádza, keď sú integrované do systémov AI. Napríklad výskumníci z Carnegie Mellon University minulý rok trénovali neurónovú sieť, ktorá presne kategorizuje rôzne typy aktivít z radarových údajov: mávanie pažami, drep, bicyklovanie, tlieskanie, výpady, skákanie.
EHF radary v domácich spotrebičoch
Prvý prototyp komerčného zariadenia so zabudovaným radarom ukázalo štúdio Google ATAP (Advanced Technology & Projects) v roku 2015. Išlo o projekt inteligentných hodiniek Google Soli vyvinutý tímom pod vedením Ivana Popyreva (pozri článok na e).
Stručne povedané, Project Soli je radar na miniatúrnom čipe, ktorý možno vložiť do akýchkoľvek okolitých predmetov: napríklad do zrkadla, sporáka, televízora. Akýkoľvek predmet, ktorý interaguje s osobou. Teraz budú rozpoznávať gestá prstov s presnosťou menšou ako 1 mm.
Nie je potrebné inštalovať objemné kamery a ďalšie vybavenie, najmä preto, že žiadne kamery nebudú schopné sledovať pohyby s frekvenciou 10 000 FPS, ako to robí Soli. Bezdotykové gestá možno použiť na rozšírenie používateľského rozhrania rôznych zariadení.
V októbri 2019 bol radar Soli zabudovaný do smartfónu Pixel 4 (marketingový názov (Motion Sense), kde zrýchlil proces odomykania tvárou spolu s podporou rozpoznávania niekoľkých základných gest, ako je ovládanie hudby. Odvtedy však čip nie je súčasťou žiadneho smartfónu Pixel Pravdepodobne sa vývojári rozhodli zapracovať na aplikácii tejto technológie v smartfónoch.
Okrem toho v roku 2021 Google uviedol na trh svoju druhú generáciu inteligentného displeja Nest Hub so snímaním spánku.
Smart Display Nest Hub
Funkcia snímania spánku využíva Soliho radar na sledovanie spánku osoby vedľa displeja na základe jej pohybov a dýchania – to všetko bez kamery alebo nejakého nositeľného senzora.Zrušenie tohto gadgetu za 60 dolárov odhalilo radarový čip Infineon, ktorý stojí 3,65 USD.
Google Nest Hub (2. generácia)
Amazon začiatkom roka 2021 uviedol na trh inteligentný zvonček Ring Video Doorbell Pro 2 so vstavaným EHF radarom. Zodpovedajúce funkcie pre spotrebiteľov sú ponúkané ako funkcie „3D detekcia pohybu“ a „Pohľad z vtáčej perspektívy“. Radar má menej falošných poplachov a širší dosah ako štandardná IR kamera. Okrem toho vidí cez kríky, stromy a iné prekážky.
Amazon tiež nasledoval príklad spoločnosti Google pomocou radaru EHF na sledovanie kvality spánku.
Apple zatiaľ nevydal nič so vstavaným radarom, no začiatkom roku 2021 dostal patent na zariadenie s kruhovým radarovo-anténnym poľom.
Na základe technológie mmWave fungujú kancelárske monitorovacie zariadenia novej generácie, ktoré v reálnom čase presne sledujú polohu zamestnancov v kancelárii.
Novelic, Arbe, Vayyar, Uhnder a Oculii a ďalší pracujú na automobilových EHF radaroch.
Startup Miku vyvinul detskú pestúnku so zabudovaným radarom Miku Pro Smart Baby Monitor, ktorá nielen sníma bábätko na video, ale na diaľku monitoruje frekvenciu dýchania a kvalitu spánku.
Technológiu je možné využiť aj na bezdrôtovú komunikáciu v interiéri aj exteriéri. Všetci hlavní mobilní operátori teraz pracujú na implementácii mmWave. Existujú aj projekty tretích strán ako Facebook Terragraph a startup Aervivo.
Štandard WiGig (WiFi na frekvencii 60 GHz) bol prijatý už v roku 2009 a postupne naberá na obrátkach. Napríklad Intel vytvoril bezdrôtový adaptér pre Vive VR headset pomocou WiGig, ktorý má takmer nulovú latenciu a dátovú rýchlosť 4,6 Gbps.
Najnovší štandard WiFi kombinuje radarové a komunikačné techniky pre bezdrôtové snímanie s WiFi routermi. To znamená, že WiFi router bude schopný efektívne sledovať pohyb predmetov po byte a rozpoznávať gestá.
Ako môžete vidieť, pokrok vo výrobe EHF radarov a rozhodnutie FCC otvoriť 60 GHz spektrum pomohli množstvu prístrojov so zásadne novou funkcionalitou vstúpiť na trh. Zdá sa, že mmWave je ďalšou prelomovou technológiou, ktorá výrazne ovplyvní rozhrania okolo nás. Možno o pár desaťročí bude rozpoznávanie gest prirodzenou súčasťou mnohých gadgetov a iných okolitých predmetov.
Na podporu nového štandardu a zjednotených rozhraní API bola v januári 2022 vytvorená aliancia Ripple Technology Alliance.
bbabo.Net