Er kan opluchting in het verschiet liggen voor iedereen die ooit door een kamer is gesprongen als een jack-in-the-box om bewegingsgevoelige lichten weer aan te laten gaan, dankzij een nieuwe bewegingssensor op basis van metamaterialen die gevoelig genoeg is om iemands ademhaling te volgen.

In een paar nieuwe studies, onderzoekers van Duke University en Institut Langevin, Frankrijk, hebben aangetoond dat patronen gemaakt door radiogolven de aanwezigheid en locatie van een persoon overal in een kamer kunnen detecteren.

De bevindingen verschenen onlangs in Wetenschappelijke rapporten en 6 aug. in de Fysieke beoordelingsbrieven .

Deze nieuwe technologie voor bewegingsdetectie kan leiden tot nieuwe slimme apparaten voor thuisgebruik voor energiebesparing, veiligheid, gezondheidszorg en gamen.

"Energiebedrijven houden niet van infrarood bewegingsdetectoren omdat ze veel problemen hebben, " zei David R. Smith, de James B. Duke hoogleraar elektrische en computertechniek aan Duke. "De hoeveelheid ruimte die ze kunnen bestrijken is beperkt, een persoon moet zich binnen hun gezichtsveld bevinden om te worden gedetecteerd, en waarschijnlijk heeft iedereen wel eens meegemaakt dat de lichten uitgingen omdat ze te lang stil hebben gezeten. Radiogolven kunnen al deze beperkingen omzeilen."

In hun eerste paper dat eerder dit jaar werd gepubliceerd, de onderzoekers maakten gebruik van patronen die werden gecreëerd door radiogolven die rond een kamer stuiteren en zich met zichzelf bemoeien. Deze unieke patronen veranderen bij de minste verstoring van de objecten in de kamer, waardoor een gevoelige antenne kan detecteren wanneer iets de kamer binnenkomt of binnenkomt. En door te vergelijken hoe deze patronen in de loop van de tijd veranderen, ze kunnen ook worden gebruikt om cyclische bewegingen te detecteren, zoals het draaien van een ventilatorblad, of zelfs een persoon die ademt.

In de laatste krant het team laat zien dat met een beetje training, het systeem kan ook informatie extraheren die nodig is om objecten of mensen in een ruimte te lokaliseren. Het demonstratiesysteem leerde het patroon van radiogolven die werden verspreid door een driehoekig blok dat op 23 verschillende posities op een vloer was geplaatst. Die kalibratie is niet alleen voldoende om onderscheid te maken tussen de geleerde 23 scenario's, maar om ook de posities van drie identieke blokken te onderscheiden die in een van de 1 zijn geplaatst 771 mogelijke configuraties.

De technologie werkt door te profiteren van de manier waarop radiogolven zich gedragen in een afgesloten ruimte. Hun vermogen om continu op meerdere oppervlakken te reflecteren, creëert complexe interferentiepatronen in een kamer. Vroeger, deze complexiteit is een obstakel geweest voor systemen die de oorsprong van een signaal proberen te lokaliseren. Maar Smith en zijn collega's hebben nu aangetoond dat dezelfde complexiteit kan worden aangeboord om beweging te detecteren en objecten in een kamer te lokaliseren.

"De complexiteit van de manier waarop radiogolven door een kamer stuiteren en met zichzelf interfereren, creëert een soort vingerafdruk, " legde Philipp del Hougne uit, een onderzoeker die Smith's laboratorium bezoekt van het Institut Langevin in Parijs, Frankrijk. "En elke keer dat een object in een kamer beweegt, zelfs een klein beetje, die vingerafdruk verandert."

De uitdaging ligt in het vinden van de meest efficiënte manier om die vingerafdruk in de eerste plaats te inkten. Er is veel informatie nodig, del Hogne legde uit, en er zijn meerdere traditionele manieren waarop het kan worden gedaan, maar ze hebben allemaal nadelen.

Een groot aantal antennes kan op veel plaatsen in een kamer worden geïnstalleerd om meerdere metingen te doen, maar dit zou kostbaar en onhandig zijn. Een andere tactiek zou zijn om veel verschillende frequenties te meten, omdat elk op een unieke manier door een kamer stuitert. Deze aanpak, echter, zou waarschijnlijk interferentie veroorzaken met andere radiogolfsignalen zoals Wi-Fi en Bluetooth die in een kamer werken.

De oplossing van de onderzoekers is om de vorm van de golven dynamisch te regelen met behulp van metamaterialen - kunstmatige materialen die golven zoals licht en geluid manipuleren door eigenschappen van hun structuur. Een metamateriaalantenne met een plat paneel kan golven in willekeurige configuraties vormen en snel achter elkaar veel verschillende golffronten creëren.

"Het maakt niet eens uit wat die specifieke golfvormen zijn, "zei Smith. "Zolang ze divers zijn, de detector pikt genoeg verschillende patronen op om te bepalen of er iets is en waar het is."

"Er zijn andere technologieën die vergelijkbare mogelijkheden voor het vormen van golffronten kunnen bereiken, maar ze zijn veel duurder, zowel qua kosten als qua energieverbruik, " zei Mohammadreza Imani, een postdoctoraal onderzoeker in Smith's lab die ook aan de papieren werkte. "Studies hebben aangetoond dat de mogelijkheid om de temperatuur van een kamer aan te passen wanneer mensen vertrekken en terugkomen, het stroomverbruik met ongeveer 30 procent kan verminderen. Maar als je energie probeert te besparen door meer energie te besteden aan het veranderen van het antennepatroon, dan help je niet."

En energiebesparing is misschien nog maar het topje van de ijsberg. De mogelijkheid om het aantal mensen in een kamer te tellen, lichaamshoudingen onderscheiden en ademhalingspatronen bewaken heeft ook potentiële toepassingen in veiligheid, gezondheidszorg en gamen.

De Franse wetenschappers aan het project hebben een gerelateerd startup-bedrijf opgericht met de naam Greenerwave.

"Hoewel we zeker nog steeds doorgaan met de energiehoek, we zullen ook zien waar het onderzoek ons ​​brengt, ' zei Smit.