At se gennem vægge af ukendte materialer

Forskere ved Duke University har udtænkt en måde at se gennem vægge ved hjælp af et smalt bånd af mikrobølgefrekvenser uden nogen forudgående viden om, hvad væggene er lavet af. Udover at have åbenlyse applikationer inden for sikkerhed, tilgangen kunne føre til billige anordninger til at hjælpe bygningsarbejdere med nemt at lokalisere ledninger, rør og ledninger.

Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Optica den 5. december, 2017.

"De fleste teknologier, der kan se gennem vægge, bruger en bred vifte af frekvenser, hvilket gør dem dyre, " sagde Daniel Marks, lektor i el- og computerteknik ved Duke. "De har heller ikke særlig god opløsning. Så selvom de måske er fine til at se en person bevæge sig på den anden side af en mur, de er forfærdelige til at finde tynde ledninger eller ledninger."

Nuværende tilgange er også typisk afhængige af at vide, hvilket materiale væggen er lavet af, før man forsøger at se igennem den. Dette gør det muligt for softwaren at forudsige, hvordan væggen vil påvirke scanningsbølgerne, så den kan adskille ekkoerne og forvrængningerne fra de faste objekter, der søges efter.

I det nye blad, Marks og hans kolleger David R. Smith, James B. Duke professor i elektro- og computerteknik, og Okan Yurduseven, en postdoc forsker i elektro- og computerteknik ved Duke, drage fordel af en vægs symmetri i stedet.

Fordi vægge generelt er flade og ensartede i alle retninger, de forvrænger bølger på en symmetrisk måde. Den nyligt beskrevne teknologi bruger denne symmetri til sin fordel.

"Vi skrev en algoritme, der adskiller dataene i dele - en, der viser cirkulær symmetri og en anden, der ikke gør, " forklarede Yurduseven. "De data, der ikke har nogen symmetri, er det, vi prøver at se."

Teknikken bruger kun en enkelt frekvens til at scanne, fordi den skærer ned på antallet af interferensmønstre skabt af væggen, og enkeltfrekvensemittere er meget billigere end bredbåndssendere. At holde sig til et snævert område betyder også, at en fremtidig enhed ville være lettere at rydde med Federal Communications Commission (FCC), da det ville være let at undgå at forstyrre mikrobølgefrekvenser dedikeret til andre teknologier, såsom wifi, mobiltelefontjeneste og Bluetooth.

Forskerne byggede en prototype enhed for at se, hvor godt den ville fungere. I deres laboratorium, de konstruerede et par forskellige slags vægge og placerede derefter genstande bag dem, som en arbejder kunne have lyst til at finde, som nitter, elektriske ledninger, ledninger og samledåser.

Ser man på de rå data efter scanning gennem gipsplader, det er svært at finde ud af andet end en samledåse i metal, som er 4 tommer bred og 2 tommer tyk. Men efter at have analyseret dataene og fjernet de symmetriske mønstre, billederne klares betydeligt, og hver enkelt komponent er let at genkende.

"Vi forestiller os at kombinere denne teknik med et maskinsynssystem, som nogen kunne bevæge sig over en væg for at se, hvad der er indeni, " sagde Marks. "Vi mener, at teknologien har prisen og følsomheden til at få indflydelse på markedet."