فناوری جدید رادار می‌تواند اجسام متحرک را از پشت دیوار رهگیری کند
حدود یک قرن است رادار را داریم. رادار که قطعه‌ای دست‌کم گرفته‌شده در جعبه‌ابزار فناوری بشر محسوب می‌شود، ازنظر مفهومی ساده و ظریف است: امواج رادیویی را ارسال می‌کنید و انعکاس آن‌ها را با استفاده از گیرنده برمی‌دارید و برای تشخیص محل اجسام و دوری یا نزدیکی آن‌ها امواج را بررسی می‌کنید.
امروزه، مهندسان توانسته‌اند با استفاده از چندین گیرنده (رسیور) سیستم‌های راداری پیچیده‌ای بسازند؛ دقیقا مانند زمانی‌که موبایلی به چندین گیرنده سیگنال می‌فرستد و می‌توان با استفاده از تکنیک‌های خاص راداری، مکان دقیق آن را مشخص کرد.
به‌تازگی، پژوهشگران مؤسسه ملی فناوری و استانداردها در آمریکا (NIST) سیستم اسکن راداری ساخته‌اند که از پیکربندی برعکس استفاده می‌کند و در آن یک گیرنده و چند فرستنده به‌کار رفته است. سیستم رادیویی جدید می‌تواند حتی زمانی که اجسام پشت دیوارها پنهان هستند یا با سرعت فراصوت حرکت می‌کنند، به‌صورت درلحظه (real-time) تصویر و ویدئو از آن‌ها ایجاد کند.
فناوری جدید به‌طور بالقوه می‌تواند به نیروهای امدادی کمک کند تا مردم را در ساختمان‌های پر از دود بهتر پیدا کنند یا به ردیابی زباله‌های فضایی کمک کند. پژوهشگران یافته‌هایشان را در مجله Nature Communications گزارش کردند. سیستم NIST متکی بر ریزموج‌ها است؛ همان امواج به‌کاررفته در اجاق میکروویو برای گرم‌کردن غذا.
ریزموج‌ها کوتاه‌ترین اعضای خانواده امواج رادیویی هستند. طول موج آن‌ها می‌تواند از اندازه یک خط‌کش مدرسه تا ضخامت یک سکه متغیر باشد. از آن‌ها قبلا در رادار استفاده شده است. برای مثال، دستگاه‌هایی که سرعت خودرو را در جاده ردیابی می‌کنند، معمولا متکی‌بر ریزامواج هستند. اگر طول امواج ریزموج را بسیار کمتر کنید (ده‌هزار بار کمتر از کوتاه‌ترین ریزموج‌ها) به نور مرئی می‌رسید. همه این‌ها روی طیف الکترومغناطیسی قرار دارند و به‌جز طول موج‌ها، اساسا تفاوتی میان آن‌ها وجود ندارد.
اگرچه ریزموج‌ها برای چشم انسان مشاهده‌شدنی نیستند، می‌توان برای ایجاد آنی (real-time) تصاویر از آن‌ها استفاده کرد
ریزموج‌ها ازنظر ایجاد تصاویر درمقایسه‌با نور مزیت‌هایی دارند. فابیو دا سیلوا، یکی از اعضای گروه پژوهشی می‌گوید: «بدیهی است نمی‌توانم آن‌سوی دیوارها را ببینم؛ زیرا طول‌موج‌هایی که چشم انسان به آن‌ها حساس است، به‌خوبی در چنین اجسامی نفوذ نمی‌کنند. اگرچه اگر سراغ طول‌موج‌های طولانی‌تر بروید، مثلا طیف ریزموج‌ها، باید بتوانید آن‌سوی دیوارها را ببینید.»
درواقع، به‌همین‌دلیل است که روتر می‌تواند به هر جای خانه برسد یا تلفن‌همراه می‌تواند در زیرزمین نیز امواج را بگیرد. این دستگاه‌ها به‌کمک ریزموج‌هایی به اینترنت وصل می‌شوند که می‌توانند از دیوارها و کف ساختمان عبور کنند. براین‌اساس، سیستم جدید پژوهشگران می‌تواند از مواد نسبتا متراکمی نظیر دیوار خشک و بتن نیز عبور کند. علاوه‌بر‌این، ابرهای ضخیم و باران نیز مانع آن نمی‌شوند.
رادار سنتی ازنظر ایجاد سریع تصاویر دقیق عملکرد خوبی ندارد. محمدرضا ایمانی، استاد دانشگاه آریزونا و پژوهشگر حوزه تصویربرداری ریزموج می‌گوید: «برای ایجاد تصویر، سیستم‌های رادار معمولا باید الگوهای روشنایی خود را اسکن کنند که معمولا موجب کاهش سرعت فرایند تصویربرداری می‌شود.»
پژوهشگران NIST می‌خواستند سیستمی بسازند که بتواند بر این محدودیت غلبه کند. آنان برای گرفتن ایده دوربین‌های تک‌پیکسلی را بررسی کردند که در عمل دوربین‌های بدون لنز هستند. پژوهشگران نور را ارسال و با استفاده از آشکارسازهای فوق‌سریع و بسیار حساس مدت زمان بازگشت نور را اندازه‌گیری می‌کنند. اگر سیستمی داشته باشید که این داده‌ها را سریعا پردازش کند، می‌تواند به‌طور سریع و کارآمد تصاویر را ایجاد کند.
بخش مهم دیگر از سیستم پژوهشگران وابسته به چیزی به نام نور در حال پرواز (light-in-flight) است که با نحوه انعکاس موج‌ها از اجسام برای رسیدن به گیرنده‌ها کار می‌کند. دا سیلوا می‌گوید: «از این ایده استفاده می‌کنید که نور از اشیاء دیگر انعکاس پیدا می‌کند و سپس این اشیاء می‌توانند اشیای دیگر را در طول چندین انعکاس روشن کنند.»
جدا از تصویربرداری، نرم‌افزارهای ترسیم سه‌بعدی از نور در حال پرواز اغلب برای ایجاد تصاویر واقعی‌تر استفاده می‌کنند. پژوهشگران NIST این ویژگی را نیز در طرح خود گنجاندند.
یکی از موانع بزرگ برای داسیلوا و همکارانش توانایی تلفیق تمامی این مفاهیم درون سیستم اسکن کاربردی بود. بنابراین، آنان به GPS روی آوردند که با یافتن موقعیت شما با توجه به چندین ماهواره محل شما را پیدا می‌کند. دا سیلوا و همکارانش از چند منبع ریزموج و یک گیرنده استفاده کردند و برای ترکیب اطلاعات آن‌ها به الگوریتم‌های کامپیوتری روی آوردند. نتیجه تلاش آن‌ها سیستمی است که می‌تواند منطقه‌ای به وسعت آپارتمانی بالاتر از حد متوسط را اسکن کند و اجسامی به کوچکی یک میلی‌متر را در چند میکروثانیه بیابد.
پژوهشگران امیدوار هستند سیستمشان بتواند برای کاربردهای مشابه با هدف اصلی رادار استفاده شود: ردیابی اجسامی که فراصوت هستند و با سرعتی بیش از پنج برابر سرعت صوت حرکت می‌کنند. به‌عنوان مثال، انفجارها یا ردیابی زباله‌های فضایی که همان‌طورکه مدار زمین با اشیای دست‌ساز انسان شلوغ می‌شود، به تهدید بزرگ‌تری تبدیل می‌شود. ایمانی می‌گوید:
علاوه‌بر امکان تصویربرداری سریع از صحنه‌ای وسیع، سیستم مذکور در این مقاله می‌تواند بین رویدادهای پراکندگی اول و دوم تمایز قائل شود. به‌عبارت‌دیگر، نه‌تنها می‌تواند انعکاس را تشخیص دهد؛ بلکه انعکاسی را نیز تشخیص می‌دهد که پس از انعکاس رخ می‌دهد. می‌توان از رویدادهای پراکندگی دوم برای ایجاد تصویری از پشت موانع و نیز اطراف آن‌ها استفاده کرد.
نتایج ارائه‌شده در مقاله مبتنی‌بر نتایج آزمایشی است که در محیط آزمایشی NIST به‌دست آمده است. از آن زمان، دا سیلوا به استارتاپی به نام Wavsens رفته که در آنجا امیدوار است کار روی این سیستم را ادامه دهد و درنهایت، آن را به سیستمی تبدیل کند که بتواند به بازار عرضه و گسترده‌تر استفاده شود. وی می‌گوید: «انتظار داریم در چند ماه آینده نمونه اولیه‌ای از آن آزمایش شود. سپس، احتمالا در سال بعدی سیستمی خواهیم داشت که بتواند در شرایط واقعی استفاده یا آزمایش شود.»
جدا از سیستم شرح‌داده‌شده، پژوهشگران دیگر می‌خواهند اسکنرهای امنیتی ریزموجی بسازند که درمقایسه‌با دستگاه اسکن غول‌پیکر موجود در فرودگاه، سریع‌تر و کوچک‌تر و کمتر آزاددهنده باشد.
تصویربرداری ریزموج اکنون قسمت مهمی از خودروهای خودران است و دوربین‌های ریزموج کوچک می‌توانند در تلفن شما نیز استفاده شوند. ایمانی می‌گوید از این فناوری می‌توان حتی برای تعیین مناسب‌بودن اندازه کفش بدون هیچ‌گونه تأثیر مضر و تابش غیرضروری استفاده کرد که مانند نوع قدیمی از دستگاه انتخاب اندازه مناسب کفش کار خواهد کرد که در آن از اشعه ایکس استفاده می‌شد.
نظرات