Od leve proti desni: razvoj EHF senzorjev z vgrajenim radarjem, vir: Google AI

Milimetrski valovi (MMW) ali izjemno visoke frekvence (EHF) so razpon radijskih valovno dolžino od 10 mm do 1 mm, kar ustreza frekvenci od 30 GHz do 300 GHz. Uporabljajo se v vojaških in policijskih radarjih, varnostnih skenerjih, EHF terapiji za zdravljenje številnih bolezni, astronomskih instrumentih.

Toda zdaj se približuje obdobje, ko so radarji z milimetrskimi valovi (mmWave, 60 GHz) zreli za široko komercialno uporabo. Kmalu jih bo dovoljeno vgraditi v običajne pametne telefone. To odpira radikalno nove možnosti za uporabo prenosnih pripomočkov: prepoznavanje potez v avtomobilih, oddaljeno spremljanje spanja, sledenje gibanju vseh ljudi v pisarni in še veliko več.

Prej je uporaba radarja mmWave v potrošniški elektroniki zahtevala posebno odobritev FCC. Leta 2018 ga je prvi prejel Google, nato še Vayyar, Amazon in še nekatera podjetja.

13. julija 2021 je FCC predlagal odprtje pasu 60 GHz za komercialne aplikacije mmWave. Odločitev je sprožila zeleno luč za desetine novoustanovljenih podjetij in novih komercialnih izdelkov, ki so lahko prosto uporabljali EHF radarje brez posebnega dovoljenja FCC.

Možnost široke uporabe radarjev EHF se je pojavila tudi zaradi napredka pri izdelavi RF CMOS

RFCMOS

RF CMOS čip (RF CMOS) ali RFIC združuje radiofrekvenčno (RF), analogno in digitalno elektroniko. V zadnjem času je postalo mogoče na isti čip postaviti radar, antene in računalniška jedra, kar omogoča izdelavo mmWave senzorjev po precej nižji ceni.

Radar deluje tako, da oddaja elektromagnetne valove in obdeluje odzivne valove, ki se odbijajo od okoliških predmetov. Signal 60 GHz ima valovno dolžino 5 mm, kar mmWave omogoča prejemanje podrobnih informacij o nas in našem fizičnem okolju.

Tako je na primer videti rezultat obdelave odbitega EHF signala na pametnem telefonu, če se oseba približa (levo), se odmakne (na sredini) ali naredi kretnjo z roko (desno).

Radarski podatki EHF na pametnem telefonu, vir: Google AI

4D

Na mikrovezjih EHF je običajno več anten, tako da senzor prejme sliko, tako rekoč, v štirih dimenzijah. Poleg treh koordinat senzor zajame tudi hitrost vsake odbite točke. Več o tem, kako delujejo 4D radarji, preberite tukaj.

Spodnji diagram primerja štiri vrste običajnih senzorjev: ultrazvok, kamera (2D), lidar (3D) in radar (4D). Kot lahko vidite, je radar edini senzor, ki sprejema informacije o hitrosti predmeta.

Druga prednost radarja je, da vidi skozi plastiko in druge materiale. Zaradi tega je odlična izbira za potrošniško elektroniko, saj ga je mogoče namestiti pod ohišje katerega koli pripomočka.

Radar je imun na okoljske dejavnike, kot so svetloba, temperatura in prah, zato odlično deluje v okoljih, kjer je fotosenzor neuporaben. Hkrati je izjemno zanesljiv, v mikrovezju dobesedno ni ničesar za zlom: ni gibljivih delov ali leč.

Resnična prednost radarjev mmWave je, ko so integrirani v sisteme AI. Na primer, raziskovalci na univerzi Carnegie Mellon so lani usposobili nevronsko mrežo, ki natančno kategorizira različne vrste dejavnosti iz radarskih podatkov: mahanje z rokami, čepenje, kolesarjenje, ploskanje, skakanje, skakanje.

EHF radarji v gospodinjskih aparatih

Prvi prototip komercialne naprave z vgrajenim radarjem je leta 2015 pokazal studio Google ATAP (Advanced Technology & Projects). Šlo je za projekt pametne ure Google Soli, ki ga je razvila ekipa pod vodstvom Ivana Popyreva (glej članek na e).

Skratka, Project Soli je radar na miniaturnem čipu, ki ga je mogoče vgraditi v vse okoliške predmete: na primer ogledalo, štedilnik, TV. Vsak predmet, ki je v interakciji z osebo. Zdaj bodo kretnje prstov prepoznali z natančnostjo manj kot 1 mm.

Ni potrebe po nameščanju zajetnih kamer in dodatne opreme, še posebej, ker nobena kamera ne bo mogla slediti gibanju s frekvenco 10.000 FPS, kot to počne Soli. Poteze brez dotika se lahko uporabljajo za razširitev uporabniškega vmesnika različnih naprav.

Oktobra 2019 je bil radar Soli vgrajen v pametni telefon Pixel 4 (tržno ime (Motion Sense), kjer je pospešil proces odklepanja obraza skupaj s podporo za prepoznavanje več osnovnih potez, kot je upravljanje glasbe. Od takrat pa je čip ni bil vključen v noben pametni telefon Pixel Verjetno so se razvijalci odločili, da bodo delali na uporabi te tehnologije v pametnih telefonih.

Poleg tega je Google leta 2021 predstavil svojo drugo generacijo pametnega zaslona Nest Hub s funkcijo zaznavanja spanja.

Pametni zaslon Nest Hub

Funkcija zaznavanja spanja uporablja Solijev radar za spremljanje spanja osebe ob zaslonu na podlagi njihovih gibov in dihanja – vse brez kamere ali kakšnega nosljivega senzorja.Odstranitev tega pripomočka za 60 $ je razkrila radarski čip Infineon, ki stane 3,65 $.

Google Nest Hub (2. generacija)

Amazon je v začetku leta 2021 predstavil pametni zvonec Ring Video Doorbell Pro 2 z vgrajenim radarjem EHF. Ustrezna funkcionalnost za potrošnike je predstavljena kot funkcije '3D zaznavanje gibanja' in 'ptičje perspektive'. Radar ima manj lažnih pozitivnih rezultatov in širši doseg kot standardna IR kamera. Poleg tega vidi skozi grmovje, drevesa in druge ovire.

Amazon je sledil Googlovemu zgledu tudi z uporabo EHF radarja za spremljanje kakovosti spanja.

Apple še ni izdal ničesar z vgrajenim radarjem, je pa v začetku leta 2021 prejel patent za napravo s krožnim radarsko-antenskim nizom.

Na podlagi tehnologije mmWave delujejo naprave za spremljanje pisarne naslednje generacije, ki v realnem času natančno spremljajo lokacijo zaposlenih v pisarni.

Novelic, Arbe, Vayyar, Uhnder in Oculii ter drugi delajo na avtomobilskih EHF radarjih.

Startup Miku je razvil varuško z vgrajenim radarjem Miku Pro Smart Baby Monitor, ki otroka ne zajame samo na video, ampak na daljavo spremlja hitrost dihanja in kakovost spanja.

Tehnologija se lahko uporablja tudi za brezžično komunikacijo tako v zaprtih prostorih kot na prostem. Vsi večji mobilni operaterji zdaj delajo na implementaciji mmWave. Obstajajo tudi projekti tretjih oseb, kot sta Facebook Terragraph in startup Aervivo.

Standard WiGig (WiFi s frekvenco 60 GHz) je bil sprejet že leta 2009 in postopoma pridobiva na zagonu. Intel je na primer ustvaril brezžični adapter za slušalke Vive VR z uporabo WiGig, ki ima skoraj nič zakasnitve in hitrost prenosa podatkov 4,6 Gbps.

Najnovejši standard WiFi združuje radarske in komunikacijske tehnike za brezžično zaznavanje z WiFi usmerjevalniki. To pomeni, da bo WiFi usmerjevalnik lahko učinkovito spremljal gibanje predmetov po stanovanju in prepoznaval kretnje.

Kot lahko vidite, sta napredek pri proizvodnji radarjev EHF in odločitev FCC, da odpre spekter 60 GHz, pomagala številnim pripomočkom s bistveno novo funkcionalnostjo vstopiti na trg. Očitno je mmWave še ena prebojna tehnologija, ki bo močno vplivala na vmesnike okoli nas. Morda bo čez nekaj desetletij prepoznavanje kretenj naravna značilnost številnih pripomočkov in drugih okoliških predmetov.

Za promocijo novega standarda in poenotenih API-jev je bilo januarja 2022 ustanovljeno Ripple Technology Alliance.

bbabo.Net