Forscher der Duke University haben erfand ein Gerät, um durch Wände zu sehen Hergestellt aus praktischen Baumaterialien unter Verwendung eines schmalen Bandes von Mikrowellenfrequenzen.

Diese Methode könnte für Sicherheitszwecke und für die Entwicklung kostengünstiger Geräte verwendet werden, die Bauarbeitern dabei helfen sollen, Leitungen, Rohre, Drähte und andere Baumaterialien innerhalb von Wänden zu finden.

Bisherige Technologien, die durch Wände sehen können, waren sehr teuer. Dieser neue Ansatz könnte die wirtschaftliche Belastung verringern.

„Die meisten Radargeräte, die für die Bildgebung im kleinen Maßstab zur Identifizierung von Objekten innerhalb einer Wand erforderlich wären, benötigen eine Bandbreite, die wirtschaftlich nicht realisierbar ist“, sagte er Daniel Marks, außerordentlicher Forschungsprofessor für Elektro- und Computertechnik an der Duke. „Anstatt eine große Bandbreite zu nutzen, nutzen wir die Symmetrie der Wandschichten, um die Wand und die dahinter liegenden Objekte zu trennen, und haben dieses Prinzip an praktischen Wänden und Baumaterialien demonstriert.“

Zusätzlich zu den hohen Kosten müssen die meisten aktuellen Geräte zur Durchsicht von Wänden wissen, aus welchem ​​Material die Wand besteht. Dadurch können die Geräte verarbeiten, wie sich das Material der Wand auf die in die Wand gesendeten Scanwellen auswirkt. Auf diese Weise kann das Gerät Echos und Verzerrungen von festen Objekten innerhalb der Wand unterscheiden.

Dieser neue Ansatz erfordert keine Kenntnis des Materials, da er stattdessen die Symmetrie der Wand erkennt. Da Wände im Allgemeinen flach und gerade sind, sendet diese neue Technologie symmetrisch Wellen durch die Wand und erfasst die Interferenzen, um die Position von Objekten zu erkennen.

„Wir haben einen Algorithmus geschrieben, der die Daten in Teile aufteilt – einen, der kreisförmige Symmetrie aufweist, und einen anderen, der dies nicht tut.“ Okan Yurduseven, Postdoktorand im Bereich Elektrotechnik und Computertechnik bei Duke, sagte in einer Erklärung. „Wir versuchen die Daten zu sehen, die keine Symmetrie aufweisen.“

Die neue Methode verwendet eine einzige Frequenz und weicht von herkömmlichen Breitbandfrequenzmethoden ab, da sie kostengünstiger ist und durch die Wand erzeugte Interferenzmuster reduziert.

Die Forscher glauben auch, dass ihr Ansatz bei der Federal Communications Commission leichter zu klären ist, da er die Mikrowellenfrequenzen, die für Wi-Fi, Bluetooth und Mobiltelefondienste verwendet werden, nicht stören muss.

Das dreiköpfige Team aus Marks, Yurduseven und David R. Smith, der James B. Duke-Professor für Elektrotechnik und Informationstechnik, baute mehrere Testwände aus unterschiedlichen Materialien und nutzte ihr Prototypgerät, um in den Wänden angebrachte Bolzen, elektrische Leitungen, Drähte und Anschlusskästen zu finden.

Als die Forscher zunächst die Rohdatenbilder betrachteten, die durch das Scannen der Gipskartonplatte, aus der eine der Wände gebaut war, entstanden waren, war es für die Forscher schwierig, etwas anderes als eine Metallanschlussdose zu erkennen. Als sie jedoch die symmetrischen Muster entfernten, wurden die Bilder deutlich klarer und jede Komponente innerhalb der Wand war leicht zu erkennen.

„Wir stellen uns vor, diese Technik mit einem Bildverarbeitungssystem zu kombinieren, mit dem sich jemand über eine Wand bewegen könnte, um zu sehen, was sich darin befindet“, sagte Marks in einer Erklärung. „Wir glauben, dass die Technologie über den Preis und die Sensibilität verfügt, um Einfluss auf den Markt zu nehmen.“

Marks geht sogar davon aus, dass diese Methode auf Smartphones anwendbar sein könnte.

„Die Transceiver in Telefonen, die für 5G-Netzwerke vorgesehen sind, werden eine noch höhere Frequenz haben und flexibler sein, und es ist wahrscheinlich, dass das Smartphone zusätzlich zu seinen Funktionen als allgemeine Kommunikationsgeräte und optische Bildgebungsgeräte zu einer tragbaren Radarbildgebungseinheit wird, die dies ermöglicht.“ um in ansonsten undurchsichtige Objekte zu blicken oder die Abmessungen ausgedehnter Objekte oder den Inhalt ganzer Räume zu messen, indem man einfach das Telefon durch den Raum bewegt“, sagte Marks.

Um einen Punkt zu erreichen, an dem diese Methode auf tragbaren Geräten verwendet werden könnte, müssen die Forscher laut Marks einen Weg finden, die Hardware zu miniaturisieren.

„Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die Funk-Transceiver-Hardware mit Smartphone-Kameras zu integrieren, um die Bilder gemeinsam zu registrieren, da die Überlagerung der beiden für den praktizierenden Handwerker wahrscheinlich viel nützlicher sein dürfte“, sagte er. „Die Symmetrieprinzipien sind jedoch fundiert, basieren auf den Gesetzen der Elektromagnetik und sind für viele Durchwand-Bildgebungsanwendungen recht robust einsetzbar.“