In pochi secondi dopo aver raggiunto una città, i terremoti possono causare un'immensa distruzione: Le case crollano, i grattacieli diventano macerie, persone e animali vengono sepolti dalle macerie. Nelle immediate conseguenze di tale carneficina, il personale di emergenza cerca disperatamente qualsiasi segno di vita in quella che era una casa o un ufficio. Spesso, però, scoprono che stavano scavando nel mucchio di macerie sbagliato e che è passato del tempo prezioso.

Immaginate se i soccorritori potessero vedere attraverso i detriti per individuare i sopravvissuti sotto le macerie, misurare i loro segni vitali e persino generare immagini delle vittime. Questo sta diventando rapidamente possibile utilizzando la tecnologia radar per vedere oltre i muri. Le prime versioni della tecnologia che indicano se una persona è presente in una stanza sono in uso da diversi anni, e alcune possono misurare i segni vitali anche se in condizioni migliori che attraverso le macerie.

Sono un ingegnere elettrico che fa ricerche sulla comunicazione elettromagnetica e sui sistemi di imaging. Io e altri stiamo usando computer veloci, nuovi algoritmi e ricetrasmettitori radar che raccolgono grandi quantità di dati per consentire qualcosa di molto più vicino alla visione a raggi X della fantascienza e dei fumetti. Questa tecnologia emergente renderà possibile determinare quanti occupanti sono presenti dietro un muro o una barriera, dove sono, quali oggetti potrebbero trasportare e, in usi di polizia o militari, anche che tipo di armatura potrebbero indossare.

Questi radar a raggi-x saranno anche in grado di tracciare i movimenti degli individui e le frequenze cardiache e respiratorie. La tecnologia potrebbe anche essere usata per determinare a distanza l'intero layout di un edificio, fino alla posizione di tubi e fili all'interno dei muri, e rilevare armi nascoste e trappole esplosive.

La tecnologia see-through-wall è stata in fase di sviluppo fin dalla Guerra Fredda come un modo per sostituire i fori attraverso i muri per lo spionaggio. Ci sono alcuni prodotti commerciali sul mercato oggi, come il radar Range-R, che sono usati dalle forze dell'ordine per tracciare il movimento dietro i muri.

Come funziona il radar

Radar sta per radio detection and ranging. Usando le onde radio, un radar invia un segnale che viaggia alla velocità della luce. Se il segnale colpisce un oggetto come un aereo, per esempio, viene riflesso verso un ricevitore e un'eco viene vista sullo schermo del radar dopo un certo ritardo. Questa eco può quindi essere utilizzata per stimare la posizione dell'oggetto.

Nel 1842, Christian Doppler, un fisico austriaco, descrisse un fenomeno ora noto come effetto Doppler o spostamento Doppler, dove il cambiamento di frequenza di un segnale è legato alla velocità e alla direzione della fonte del segnale. Nel caso originale di Doppler, questa era la luce di un sistema stellare binario.

Questo è simile al cambio di tono di una sirena quando un veicolo d'emergenza accelera verso di te, ti supera e poi si allontana. Il radar Doppler usa questo effetto per confrontare le frequenze dei segnali trasmessi e riflessi per determinare la direzione e la velocità degli oggetti in movimento, come i temporali e le auto in corsa.

L'effetto Doppler può essere utilizzato per rilevare piccoli movimenti, compresi i battiti del cuore e il movimento del petto associato alla respirazione. In questi esempi, il radar Doppler invia un segnale a un corpo umano, e il segnale riflesso differisce in base al fatto che la persona stia inspirando o espirando, o anche in base alla frequenza cardiaca della persona. Questo permette alla tecnologia di misurare accuratamente questi segni vitali.

Come il radar può passare attraverso i muri

Come i telefoni cellulari, i radar usano onde elettromagnetiche. Quando un'onda colpisce pareti solide come muri a secco o di legno, una frazione di essa viene riflessa dalla superficie. Ma il resto viaggia attraverso il muro, specialmente a frequenze radio relativamente basse. L'onda trasmessa può essere totalmente riflessa se colpisce un oggetto metallico o anche un essere umano, perché l'alto contenuto di acqua del corpo umano lo rende altamente riflettente.

Se il ricevitore del radar è abbastanza sensibile - molto più sensibile dei normali ricevitori radar - può captare i segnali che vengono riflessi attraverso il muro. Utilizzando tecniche consolidate di elaborazione del segnale, le riflessioni da oggetti statici come muri e mobili possono essere filtrate, permettendo di isolare il segnale di interesse, come la posizione di una persona.

Trasformare i dati in immagini

Storicamente, la tecnologia radar è stata limitata nella sua capacità di aiutare nella gestione dei disastri e nell'applicazione della legge perché non ha avuto sufficiente potenza di calcolo o velocità per filtrare il rumore di fondo da ambienti complicati come il fogliame o le macerie e produrre immagini dal vivo.

Oggi, tuttavia, i sensori radar possono spesso raccogliere ed elaborare grandi quantità di dati - anche in ambienti difficili - e generare immagini ad alta risoluzione degli obiettivi. Utilizzando algoritmi sofisticati, possono visualizzare i dati quasi in tempo reale. Ciò richiede processori di computer veloci per gestire rapidamente queste grandi quantità di dati, e circuiti a banda larga che possano trasmettere rapidamente i dati per migliorare la risoluzione delle immagini.

I recenti sviluppi della tecnologia wireless a onde millimetriche, dal 5G al 5G+ e oltre, contribuiranno probabilmente a migliorare ulteriormente questa tecnologia, fornendo immagini a più alta risoluzione attraverso una larghezza di banda più ampia di un ordine di grandezza. La tecnologia wireless accelererà anche i tempi di elaborazione dei dati perché riduce notevolmente la latenza, il tempo tra la trasmissione e la ricezione dei dati.

Il mio laboratorio sta sviluppando metodi veloci per caratterizzare a distanza le caratteristiche elettriche delle pareti, che aiutano a calibrare le onde radar e a ottimizzare le antenne per far passare più facilmente le onde attraverso il muro ed essenzialmente rendere il muro trasparente alle onde. Stiamo anche sviluppando il sistema software e hardware per effettuare le analisi dei big data dei sistemi radar in tempo quasi reale.

Un'elettronica migliore promette radar portatili

I sistemi radar alle basse frequenze solitamente richiesti per vedere attraverso i muri sono ingombranti a causa delle grandi dimensioni dell'antenna. La lunghezza d'onda dei segnali elettromagnetici corrisponde alla dimensione dell'antenna. Gli scienziati hanno spinto la tecnologia dei radar vedono oltre gli ostacoli a frequenze più alte per costruire sistemi più piccoli e portatili.

Oltre a fornire uno strumento per i servizi di emergenza, le forze dell'ordine e i militari, la tecnologia potrebbe anche essere utilizzata per monitorare gli anziani e leggere i segni vitali dei pazienti con malattie infettive come il COVID-19 da fuori una stanza d'ospedale.

Un'indicazione del potenziale del radar che vede oltre i muri è l'interesse dell'esercito americano. Stanno cercando una tecnologia che possa creare mappe tridimensionali degli edifici e dei loro occupanti quasi in tempo reale. Stanno anche cercando un radar che vede oltre i muri che possa creare immagini dei volti delle persone che siano abbastanza accurate per i sistemi di riconoscimento facciale per identificare le persone dietro il muro.

Che i ricercatori riescano o meno a sviluppare un radar che vede oltre i muri e che sia abbastanza sensibile da distinguere le persone dai loro volti, è probabile che la tecnologia vada ben oltre i blob su uno schermo per dare ai primi soccorritori qualcosa di simile ai poteri sovrumani.

Fonte: theconversation.com