Intelligent metasurface imager og genkender

Internet of Things (IoT) og cyberfysiske systemer har åbnet muligheder for smarte byer og smarte hjem, og ændrer måden for mennesker at leve på. I denne smarte æra, det efterspørges i stigende grad at fjernovervåge mennesker i dagligdagen ved hjælp af radiofrekvente sondesignaler. Imidlertid, de konventionelle sensorsystemer kan næppe implementeres i virkelige omgivelser, da de typisk kræver, at objekter enten bevidst samarbejder eller bærer en aktiv trådløs enhed eller identifikationsmærke. Derudover de eksisterende sensorsystemer er ikke adaptive eller programmerbare til specifikke opgaver. Derfor, de er langt fra effektive i mange synsvinkler, fra tid til energiforbrug.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og anvendelse , forskere fra State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Institut for Elektronik, Peking Universitet, Kina, statens nøglelaboratorium for millimeterbølger, Southeast University, Kina, og kolleger udviklede en AI-drevet smart metasurface til i fællesskab at kontrollere EM-bølgerne på det fysiske niveau og EM-datafluxen på den digitale pipeline. Baseret på metasfladen, de designede et billigt intelligent EM "kamera, " som har robust ydeevne til at realisere øjeblikkelig in-situ billeddannelse af fuld scene og adaptiv genkendelse af håndtegn og vitale tegn fra flere ikke-samarbejdsvillige mennesker. Mere interessant, EM-kameraet fungerer meget godt, selv når det passivt exciteres af vildfarne 2,4GHz Wi-Fi-signaler, der allestedsnærværende findes i hverdagen. Som sådan, deres intelligente kamera giver os mulighed for eksternt at "se" hvad folk laver, overvåge, hvordan deres fysiologiske tilstande ændrer sig, og "hør" hvad folk taler uden at bruge akustiske sensorer, selv når disse mennesker er ikke-samarbejdsvillige og står bag forhindringer. Den rapporterede metode og teknik vil åbne nye veje for fremtidige smarte byer, smarte hjem, menneske-enhed interaktive grænseflader, sund overvågning og sikkerhedsscreening, uden at forårsage de visuelle privatlivsproblemer.

Det intelligente EM-kamera er centreret omkring en smart metasurface, dvs. en programmerbar metasurface bemyndiget med en klynge af kunstige neurale netværk (ANN'er). Metaoverfladen kan manipuleres til at generere de ønskede strålingsmønstre svarende til forskellige sanseopgaver, fra dataindsamling til billeddannelse, og til automatisk genkendelse. Den kan understøtte forskellige former for successive registreringsopgaver med en enkelt enhed i realtid. Disse videnskabsmænd opsummerer det operationelle princip for deres kamera:

"Vi designer en programmerbar kodende metasurface med stor blænde til tre formål i ét:(1) til at udføre in-situ højopløsningsbilleddannelse af flere mennesker i en scene med fuld visning; (2) for hurtigt at fokusere EM-felter (inklusive omgivende vildfarelse) Wi-Fi-signaler) til udvalgte lokale steder og undgå uønskede interferenser fra kroppens krop og det omgivende miljø; og (3) at overvåge de lokale kropstegn og vitale tegn hos flere ikke-samarbejdsvillige mennesker i virkelige omgivelser ved øjeblikkeligt at scanne den lokale kropsdele af interesse."

"Da omskiftningshastigheden for metasurface er bemærkelsesværdigt hurtigere end den for kropsændring (vitalt tegn og håndtegn) med en faktor på ~ , antallet af personer, der overvåges i princippet, kan være meget stort," tilføjede de.

"Den præsenterede teknik kan bruges til at overvåge de bemærkelsesværdige eller ikke bemærkelsesværdige bevægelser af ikke-samarbejdsvillige mennesker i den virkelige verden, men også hjælpe mennesker med dybtgående handicap med at sende kommandoer til enheder ved hjælp af kropssprog. Dette gennembrud kan åbne et nyt mødested for fremtiden smarte byer, smarte hjem, menneske-enhed interaktiv grænseflade, sund overvågning, og sikkerhedsscreening uden at forårsage privatlivsproblemer. ", forudser forskerne.