Новый датчик движения обнаружит даже дыхание человека

Инженеры создали прибор, который фиксирует даже самые слабые движения, которые происходят в помещении, вплоть до человеческого дыхания. Устройство распознаёт сложный рисунок, создаваемый многократно отражёнными радиоволнами, и по его изменению вычисляет, какие предметы передвинулись в комнате. Новинка может спасти пользователю и кошелёк, и жизнь.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters командой во главе с Жоффруа Лерози (Geoffroy Lerosey) из Парижской высшей школы промышленной физики и химии.

В современных системах безопасности используются инфракрасные датчики движения. Однако они далеки от совершенства. Например, объект должен находиться достаточно близко к прибору, чтобы быть обнаруженным. Кроме того, такой датчик не фиксирует предмет, если он чем-либо заслонён.

Преодолеть эти недостатки могло бы использование радиоволн. Но оно наталкивается на другое препятствие. В замкнутом пространстве волны многократно отражаются от стен и других предметов, так что проследить траекторию лучей с помощью традиционных методов (используемых, например, в радарах) становится невозможным.

Команда Лерози воспользовалась известным принципом "не можешь предотвратить – возглавь". Если сложность рисунка, создаваемого радиоволнами в комнате, нельзя уменьшить для применения обычных методов, нужно её увеличить. Инженеры добились, чтобы каждое положение предметов в комнате давало уникальную картину, похожую на отпечаток пальца. Затем с помощью специально разработанных алгоритмов авторы научились определять по её изменению, какой предмет куда передвинулся.

Добиться такой уникальности рисунка можно несколькими путями. Можно разместить в разных точках комнаты несколько излучателей и приёмников, однако это дорого. Можно передавать сигнал на нескольких частотах. Но это может создать помехи системам связи, таким как Bluetooth и Wi-Fi. Авторы выбрали третий путь.

Они использовали метаматериалы, свойствами которых можно управлять в реальном времени. Антенна состоит из множества отдельных излучателей, каждый из которых может изменить режим работы по команде компьютера. Благодаря этому устройство порождает радиоволны с самой разной формой волнового фронта. Это разнообразие и создаёт уникальность картины.

Как показали испытания, новое устройство достаточно точно локализует положение предметов в пространстве. Экспериментаторы использовали сеть из 23 ячеек, в трёх из которых размещались пробные объекты (треугольные призмы). Всего существует 1771 вариант их размещения, и система различила их все. В детектировании движения результаты ещё более впечатляют: устройство обнаруживает даже колебания грудной клетки при дыхании и вращение лопастей вентилятора.

Новинка может пригодиться в самых разных областях. Первое очевидное её применение – системы сигнализации. Кроме того, её способность распознавать дыхание и падение может спасти чью-то жизнь: компьютер автоматически вызовет врача, если понадобится. Такая система имеет преимущество перед носимыми устройствами, которые нужно снимать для подзарядки, а потом надевать обратно. Пожилой или плохо себя чувствующий человек (а именно таким в первую очередь и требуется "тревожная кнопка") может забыть сделать либо первое, либо второе.

Наконец, устройство может контролировать подачу тепла и электричества в комнату в зависимости от того, есть ли в ней кто-нибудь.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали об устройствах, следящих за дыханием младенца и фиксирующих падение человека. А ещё мы рассказывали о камере, способной заглянуть за угол и снимать через непрозрачное стекло.