对于那些曾经像玩偶盒子里的小玩偶一样在房间里跳来跳去，让动作感应灯重新亮起来的人来说，这可能就要松一口气了。这要归功于一种基于超材料的新型动作传感器，它的灵敏度足以监测一个人的呼吸。
在两项新的研究中，来自杜克大学和法国朗之万研究所的研究人员表明，无线电波形成的模式可以探测到一个人的存在和位置，无论他身处何地房间．
研究结果最近发表在科学报告和8月6日物理评论快报．
这种新的动作感应技术可以为节能、安全、医疗和游戏带来新的智能家居设备。
“能源公司不喜欢红外运动探测器，因为它们有很多问题，”杜克大学(Duke)电子与计算机工程詹姆斯·b·杜克教授戴维·r·史密斯(David R. Smith)说。“他们能覆盖的空间是有限的，一个人必须在他们的视线范围内才能被发现，可能每个人都有过这样的经历，因为他们坐得太久了，灯都熄灭了。”无线电波可以绕过所有这些限制。”
在今年早些时候发表的第一篇论文中，研究人员利用了无线电波在房间里反射并干扰自身产生的模式。这些独特的模式会随着房间物体的微小扰动而改变，当有物体进入或进入房间时，敏感的天线就能探测到。通过比较这些模式随时间的变化，它们还可以用来检测风扇叶片的旋转，甚至是一个人的呼吸等周期性运动。
在最近的一篇论文中，该团队表示，只要稍加训练，该系统还可以提取在空间中定位物体或人所需的信息。演示系统被教导无线电波的模式被放置在地板上23个不同的位置的三角形块散射。这种校准不仅足以区分已知的23种情况，还足以区分放置在1771种可能配置中的任意一种的三个相同块的位置。
这项技术利用了无线电波在封闭房间内的工作方式。它们连续反射多个表面的能力在整个房间创造出复杂的干涉图案。在过去，这种复杂性一直是系统定位信号来源的一个障碍。但史密斯和他的同事们现在证明，利用同样的复杂性，可以探测房间内的运动和定位物体。
定位研究的实验设置。后墙上的超材料天线发射单一的无线电波频率，在被安装在右墙上的天线探测到之前，它在空间中反弹。左边墙上的超材料表面不断地重塑无线电波，使其形成不同的模式。首先，通过训练系统，让它知道一个三角形方块的23个可能位置中的每一个的这些图案是什么样子的，然后，它可以区分三个相同的方块的位置，放置在1771种可能的构型中的任何一个。信贷:杜克大学
“方法的复杂性无线电波法国巴黎朗之万研究所访问史密斯实验室的研究员菲利普·德尔·霍恩解释说。“每次房间里的某个物体移动，哪怕只有一点点，指纹也会发生变化。”
首先，挑战在于找到最有效的方法来涂指纹。它需要大量的信息，del Hougne解释说，有多种传统的方法可以做到，但它们都有缺点。
可以在房间周围的许多地方安装大量的天线来进行多重测量，但这将是昂贵的和不方便的。另一种策略是测量许多不同的频率，因为每个频率都以独特的方式在房间里跳动。然而，这种方法可能会对房间内的Wi-Fi和蓝牙等无线电波信号产生干扰。
研究人员的解决方案是使用超材料 - 人造材料动态地控制波的形状，这些材料通过它们结构的性质操纵光和声音。平板超材料天线可以将波浪形成任意配置，并在快速连续中创建许多不同的波端。
“那些特定的波浪形状并不重要，”史密斯说。“只要它们是多样化的，探测器就会捕捉到足够多的不同模式，以确定是否有什么东西存在，它在哪里。”
“还有其他技术可以实现类似的波前成形能力，但它们在成本和能源使用上都要贵得多，”史密斯实验室的博士后研究员Mohammadreza Imani说，他也参与了这些论文的研究。“研究表明，当人们离开和回来时，调节房间温度的能力可以减少约30%的电力消耗。但如果你想通过更换天线来节省能量模式，那你就没有帮助。”
和节约能源这可能只是冰山一角。计算房间里的人数、区分身体姿势和监测呼吸模式的能力在安全、医疗和游戏领域也有潜在的应用价值。
参与该项目的法国科学家已经创建了一家相关的初创公司，名为Greenerwave。
史密斯说:“虽然我们肯定仍在继续从能源角度进行研究，但我们也将看到研究将把我们带向何处。”
了下:运动控制•电机控制
