Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y Wavsens LLC han desarrollado un método para usar señales de radio para crear imágenes y videos en tiempo real de objetos ocultos y en movimiento. lo que podría ayudar a los bomberos a encontrar rutas de escape o víctimas dentro de edificios llenos de fuego y humo. La técnica también podría ayudar a rastrear objetos hipersónicos como misiles y desechos espaciales.

El nuevo método descrito en Comunicaciones de la naturaleza , podría proporcionar información crítica para ayudar a reducir las muertes y lesiones. Ubicar y rastrear a los socorristas en interiores es un objetivo primordial para la comunidad de seguridad pública. Cientos de miles de piezas de basura espacial en órbita se consideran peligrosas para los humanos y las naves espaciales.

"Nuestro sistema permite obtener imágenes en tiempo real alrededor de las esquinas y a través de las paredes y el seguimiento de objetos que se mueven rápidamente, como escombros espaciales de tamaño milimétrico que vuelan a 10 kilómetros por segundo, más de 20, 000 millas por hora, todo desde distancias de separación, "dijo el físico Fabio da Silva, quien dirigió el desarrollo del sistema mientras trabajaba en NIST.

"Porque usamos señales de radio, pasan por casi todo, como el hormigón, paneles de yeso, madera y vidrio, "agregó da Silva." Es muy bueno porque no solo podemos mirar detrás de las paredes, pero solo se necesitan unos pocos microsegundos de datos para crear un marco de imagen. El muestreo ocurre a la velocidad de la luz, lo más rápido posible físicamente ".

El método de imágenes del NIST es una variación del radar, que envía un pulso electromagnético, espera los reflejos, y mide el tiempo de ida y vuelta para determinar la distancia a un objetivo. El radar multisitio suele tener un transmisor y varios receptores que reciben ecos y los triangulan para localizar un objeto.

"Explotamos el concepto de radar multisitio, pero en nuestro caso usamos muchos transmisores y un receptor, "dijo da Silva." De esa manera, cualquier cosa que se refleje en cualquier lugar del espacio, somos capaces de localizar una imagen ".

Da Silva explica el proceso de creación de imágenes de la siguiente manera:"Para crear una imagen de un edificio, el volumen real de interés es mucho más pequeño que el volumen del edificio en sí mismo porque es en su mayoría un espacio vacío con cosas escasas en él. Para localizar a una persona, dividirías el edificio en una matriz de cubos. Ordinariamente, transmitiría señales de radio a cada cubo individualmente y analizaría los reflejos, que consume mucho tiempo. Por el contrario, el método NIST sondea todos los cubos al mismo tiempo y usa el eco de retorno de, decir, 10 de 100 cubos para calcular dónde está la persona. Todas las transmisiones devolverán una imagen, con las señales formando un patrón y los cubos vacíos cayendo ".

Da Silva ha solicitado una patente, y recientemente dejó el NIST para comercializar el sistema con el nombre de m-Widar (detección de imágenes por microondas, análisis y rango) a través de una empresa de nueva creación, Wavsens LLC (Westminster, Colorado).

El equipo del NIST demostró la técnica en una cámara anecoica (sin eco), hacer imágenes de una escena en 3-D que involucra a una persona que se mueve detrás de un panel de yeso. La potencia del transmisor era equivalente a 12 teléfonos móviles que enviaban señales simultáneamente para crear imágenes del objetivo desde una distancia de unos 10 metros (30 pies) a través del tablero.

Da Silva dijo que el sistema actual tiene un alcance potencial de hasta varios kilómetros. Con algunas mejoras, el alcance podría ser mucho mayor, limitado solo por la potencia del transmisor y la sensibilidad del receptor, él dijo.

La técnica básica es una forma de imagen computacional conocida como renderizado transitorio, que ha existido como una herramienta de reconstrucción de imágenes desde 2008. La idea es utilizar una pequeña muestra de medidas de señal para reconstruir imágenes basadas en patrones aleatorios y correlaciones. La técnica se ha utilizado anteriormente en la codificación de comunicaciones y la gestión de redes, aprendizaje automático y algunas formas avanzadas de creación de imágenes.

Da Silva combinó técnicas de procesamiento de señales y modelado de otros campos para crear una nueva fórmula matemática para reconstruir imágenes. Cada transmisor emite diferentes patrones de pulso simultáneamente, en un tipo específico de secuencia aleatoria, que interfieren en el espacio y el tiempo con los pulsos de los otros transmisores y producen suficiente información para construir una imagen.

Las antenas transmisoras operaban a frecuencias de 200 megahercios a 10 gigahercios, aproximadamente la mitad superior del espectro de radio, que incluye microondas. El receptor constaba de dos antenas conectadas a un digitalizador de señales. Los datos digitalizados se transfirieron a una computadora portátil y se cargaron en la unidad de procesamiento de gráficos para reconstruir las imágenes.

El equipo del NIST utilizó el método para reconstruir una escena con 1.500 millones de muestras por segundo, una velocidad de cuadro de imagen correspondiente de 366 kilohercios (cuadros por segundo). En comparación, esto es alrededor de 100 a 1, 000 veces más cuadros por segundo que la cámara de video de un teléfono celular.

Con 12 antenas, el sistema NIST generó imágenes de 4096 píxeles, con una resolución de unos 10 centímetros en una escena de 10 metros. Esta resolución de imagen puede ser útil cuando la sensibilidad o la privacidad son un problema. Sin embargo, la resolución podría mejorarse actualizando el sistema utilizando tecnología existente, incluyendo más antenas transmisoras y generadores y digitalizadores de señales aleatorias más rápidos.

En el futuro, las imágenes podrían mejorarse mediante el uso de entrelazamiento cuántico, en el que las propiedades de las señales de radio individuales se interconectarían. El enredo puede mejorar la sensibilidad. Los esquemas de iluminación cuántica de radiofrecuencia podrían aumentar la sensibilidad de recepción.

La nueva técnica de imágenes también podría adaptarse para transmitir luz visible en lugar de señales de radio (los láseres ultrarrápidos podrían aumentar la resolución de la imagen pero perderían la capacidad de penetrar las paredes) u ondas de sonido utilizadas para aplicaciones de imágenes de ultrasonido y sonar.

Además de obtener imágenes de las condiciones de emergencia y los desechos espaciales, el nuevo método también podría usarse para medir la velocidad de las ondas de choque, una métrica clave para evaluar explosivos, y para controlar los signos vitales como la frecuencia cardíaca y la respiración, dijo da Silva.