新しいマイクロ波スキャナーは、スーパーマン スタイルで、壁を通過する移動オブジェクトを追跡できます

新しい多目的技術は、燃えている建物に閉じ込められた人々や、宇宙を疾走するジャンクの速度を上げさえする可能性があります。 私たちはレーダーを 1 世紀近く使用してきました。人類の技術ツールボックスの控えめな部分であるレーダーは、洗練されたシンプルな概念です。電波を送信し、受信機でその反射を拾い、波を調べて、物がどこにあり、どれだけ離れているかを識別します。

今日、設計者は複数の受信機を使用して精巧なレーダー システムを作成できるようになりました。たとえば、携帯電話などの 1 つのデバイスが複数の受信機に ping を送信すると、信じられないほどの精度で三角測量を行うことができます。

現在、米国国立標準技術研究所 (NIST) の研究者は、1 つの受信機と多数の送信機を備えた、逆の構成を使用する新しいレーダー スキャニング システムを作成しました。この新しい無線設定は、オブジェクトが壁の後ろに隠れている場合や極超音速で移動している場合でも、リアルタイムの画像とビデオを作成できます。 

この技術により、最初の対応者は、煙が充満した燃えている建物で人々をより簡単に見つけたり、宇宙でスピードを上げているがれきを追跡したりできるようになる可能性があります。研究者は、Nature Communicationsでその結果を報告しました。 

NIST のシステムはマイクロ波に依存していますが、マイクロ波は食品を温めるために跳ね返ります。マイクロ波は、電波ファミリーの中で最も短い住人です。それらの波長は、学校の定規のサイズから 10 セント硬貨の厚さまでさまざまです。それらはすでにレーダーで使用されています。たとえば、路上での車の速度を追跡するデバイスは通常、マイクロ波に依存しています。

マイクロ波の波長をさらに短くすると (最短のマイクロ波の1 万倍)、可視光が得られます。これらはすべて電磁スペクトル上にあり、波長は別として、基本的にそれらの間に違いはありません。

人間の目には見えませんが、マイクロ波を使用してリアルタイムの画像を生成できます。 CDC

しかし、画像の作成に関しては、マイクロ波には光よりも優れた利点があります。NIST でこの取り組みを主導した研究者の 1 人である Fabio da Silva は、次のように述べています。「しかし、マイクロ波領域のように、より長い波長に行くと…壁を通して「見る」ことができるはずです。」

実際、ルーターが家のどこにでも到達できる理由や、携帯電話が地下で信号を受信できるのはそのためです。携帯電話は、壁や床を通過できるマイクロ波によってインターネットに接続されています。これはまた、研究者の新しいシステムが、乾式壁やコンクリートのような比較的密度の高い材料にも到達できることを意味します。また、厚い雲や雨などの悪天候によって妨げられることもありません。

しかし、従来のレーダーは、詳細な画像をすばやく形成するのが得意ではありません。「画像を取得するには、[レーダー システム] は通常、照明パターンをスキャンする必要がありますが、これは通常、画像処理の速度を低下させます」と、マイクロ波画像処理を研究している研究者であり、関与していないアリゾナ州立大学の教授であるMohammad Reza Imani氏は述べています。 NIST の研究で。

NIST の研究者は、その制限を克服できるシステムを作りたいと考えていました。インスピレーションを得るために、NIST チームは、本質的にレンズのないカメラである「シングル ピクセル カメラ」と呼ばれる新しいデバイスに注目しました。それらは光を送り出し、超高速で超高感度の検出器を使用して、光が戻るのにかかる時間を測定します。データを高速に処理するシステムを手に入れることができれば、画像を迅速かつ効率的に作成できます。

研究者のシステムのもう 1 つの重要な部分は、「飛行中の光」と呼ばれるものに依存しています。「光が他のオブジェクトに反射し、これらのオブジェクトが複数のバウンスから他のオブジェクトを照らすという考えを使用します」とダ シルバは言います。 

イメージングとは別に、飛行中の光は、よりリアルなイメージを作成するために 3D レンダリング ソフトウェアでよく使用されます。NIST の研究者は、マイクロ波で動作するようにそれを適応させました。

Da Silva と彼の同僚にとって、これらの概念をすべて使用可能なスキャン システムに組み込むことが大きなハードルでした。そこで彼らは GPS に目を向けました。GPS は、複数の衛星との相対的な位置関係を見つけることで、あなたの位置を特定します。Da Silva と彼の同僚は、複数のマイクロ波源と 1 つの受信機を使用し、コンピューター アルゴリズムを利用してすべてを結び付けました。

その結果、平均以上のアパートのサイズのエリアをスキャンし、1 ミリほどの小さなオブジェクトをすべてマイクロ秒以内に検出できるシステムが完成しました。研究者はまた、システムがレーダーの本来の目的と同様のアプリケーションに使用できることを望んでいます。それは、超音速であり、音速の 5 倍以上移動する物体を追跡することです。例としては、爆発やスペースデブリが含まれますが、後者は、地球の軌道が人間が作ったがらくたでますます混乱するにつれて、より大きな脅威になりつつあります。

「大規模なシーンで高速イメージングを提供することに加えて、このホワイト ペーパーで説明するシステムは、1 次散乱イベントと 2 次散乱イベントを区別できます」と Imani 氏は言います。つまり、バウンスだけでなく、バ​​ウンス後のバウンスも検出できます。「第 2 散乱イベントを使用して、障害物やその周囲をイメージすることができます。」

チームの結果は、NIST での実験室でのデモンストレーションに基づいています。それ以来、da Silva は NIST を離れてスタートアップのWavsensに移り、そこでシステムの開発を続け、最終的に市場に投入してより広く使用できるものに変えたいと考えています。

「今後数か月以内に、プロトタイプのテストのようなものを行う予定です」と彼は言います。「その後、おそらく来年には、実際のアプリケーションで展開またはテストできるものを手に入れることができます。」

このシステムとは別に、他の研究者は、空港で目にする巨大な空気圧チューブ ボックスよりも高速で、邪魔にならず、かさばらないマイクロ波セキュリティ スキャナーを作成したいと考えています。マイクロ波イメージャーは、自動運転車のバックボーンでもあります。また、イマニ氏によると、小型のマイクロ波カメラが携帯電話に侵入する可能性さえあります。