El alivio puede estar en el horizonte para cualquiera que alguna vez haya saltado alrededor de una habitación como una caja de sorpresas para que las luces de detección de movimiento se enciendan nuevamente. gracias a un nuevo sensor de movimiento basado en metamateriales que es lo suficientemente sensible como para controlar la respiración de una persona.

En un par de nuevos estudios, investigadores de la Universidad de Duke y del Institut Langevin, Francia, han demostrado que los patrones creados por ondas de radio pueden detectar la presencia y la ubicación de una persona en cualquier lugar dentro de una habitación.

Los hallazgos aparecieron recientemente en Informes científicos y el 6 de agosto en el Cartas de revisión física .

Esta nueva tecnología de detección de movimiento podría conducir a nuevos dispositivos domésticos inteligentes para ahorrar energía, seguridad, salud y juegos.

"Las empresas de energía no aman los detectores de movimiento por infrarrojos porque tienen muchos problemas, "dijo David R. Smith, el Profesor James B. Duke de Ingeniería Eléctrica e Informática en Duke. "La cantidad de espacio que pueden cubrir es limitada, una persona tiene que estar dentro de su línea de visión para ser detectada, y probablemente todos han tenido la experiencia de que las luces se apagan porque han estado sentados durante demasiado tiempo. Las ondas de radio pueden sortear todas estas limitaciones ".

En su artículo inicial publicado a principios de este año, los investigadores aprovecharon los patrones creados por las ondas de radio que rebotaban en una habitación e interferían con ellos mismos. Estos patrones únicos cambian con la más mínima perturbación de los objetos de la habitación, permitiendo que una antena sensible detecte cuando algo se mueve o entra en la habitación. Y al comparar cómo estos patrones cambian con el tiempo, también se pueden utilizar para detectar movimientos cíclicos como el giro de una paleta de ventilador, o incluso la respiración de una persona.

En el último documento, el equipo demuestra que con un poco de entrenamiento, el sistema también puede extraer la información necesaria para ubicar objetos o personas en un espacio. Al sistema de demostración se le enseñó el patrón de ondas de radio dispersas por un bloque triangular colocado en 23 posiciones diferentes en un piso. Esa calibración es suficiente no solo para distinguir entre los 23 escenarios aprendidos, sino también para distinguir las posiciones de tres bloques idénticos colocados en cualquiera de 1, 771 configuraciones posibles.

La tecnología funciona aprovechando la forma en que se comportan las ondas de radio en una habitación cerrada. Su capacidad para reflejarse continuamente en múltiples superficies crea patrones de interferencia complejos en toda la habitación. En el pasado, esta complejidad ha sido un obstáculo para los sistemas que intentan localizar el origen de una señal. Pero Smith y sus colegas ahora han demostrado que esta misma complejidad se puede aprovechar para detectar movimiento y localizar objetos dentro de una habitación.

"La complejidad de la forma en que las ondas de radio rebotan en una habitación e interfieren con ellas mismas crea una especie de huella digital, "explicó Philipp del Hougne, un investigador que visita el laboratorio de Smith del Institut Langevin en París, Francia. "Y cada vez que se mueve un objeto dentro de una habitación, aunque sea un poquito, esa huella dactilar cambia ".

El desafío radica en encontrar la forma más eficiente de entintar esa huella digital en primer lugar. Requiere mucha información, del Hougne explicó, y hay varias formas tradicionales de hacerlo, pero todos tienen inconvenientes.

Se podría instalar una gran cantidad de antenas en muchos lugares alrededor de una habitación para tomar múltiples medidas, pero esto sería costoso e inconveniente. Otra táctica sería medir muchas frecuencias diferentes, ya que cada uno rebota en una habitación de una manera única. Este enfoque, sin embargo, probablemente crearía interferencias con otras señales de ondas de radio como Wi-Fi y Bluetooth que funcionan dentro de una habitación.

La solución de los investigadores es controlar dinámicamente la forma de las ondas utilizando metamateriales, materiales artificiales que manipulan ondas como la luz y el sonido a través de las propiedades de su estructura. Una antena de metamaterial de panel plano puede dar forma a las ondas en configuraciones arbitrarias y crear muchos frentes de onda diferentes en rápida sucesión.

"Ni siquiera importa cuáles sean esas formas de onda en particular, ", dijo Smith." Siempre que sean diversos, el detector detectará suficientes patrones diferentes para determinar si hay algo y dónde está ".

"Hay otras tecnologías que podrían lograr capacidades similares de conformación de frente de onda, pero son mucho más costosos tanto en costo como en uso de energía, "dijo Mohammadreza Imani, un becario postdoctoral en el laboratorio de Smith que también trabajó en los artículos. "Los estudios han demostrado que la capacidad de ajustar la temperatura de una habitación cuando la gente se va y regresa puede reducir el consumo de energía en alrededor de un 30 por ciento. Pero si está tratando de ahorrar energía gastando más energía cambiando el patrón de la antena, entonces no estás ayudando ".

Y el ahorro de energía puede ser solo la punta del iceberg. La capacidad de contar el número de personas en una habitación, distinguir posiciones corporales y monitorear patrones de respiración también tiene aplicaciones potenciales en seguridad, salud y juegos.

Los científicos franceses del proyecto han creado una nueva empresa relacionada llamada Greenerwave.

"Aunque definitivamente todavía continuamos con el ángulo de la energía, también veremos a dónde nos lleva la investigación, "Dijo Smith.