טכנולוגיה שמסוגלת לראות דרך קירות

גלי רדיו שמסוגלים לראות דרך קירות

 

מהנדסים מאוניברסיטת יוטה הראו שרשת אלחוטית של משדרי רדיו יכולה לעקוב אחרי אנשים שנעים מאחורי קירות מוצקים. המערכת יכולה לסייע למשטרה, למכבי אש שמנסים להציל קורבנות לכודים באש בביתם, ללוכדי פושעים אחרים ולמצילי חטופים או בני ערובה. המערכת עשויה גם לסייע בפיקוח הגבולות בשדות התעופה. החוקרים חושבים על צוותי הצלה שזורקים או מנחיתים בעזרת מסוק חיישני רדיו סביב ואף מעל לבניין שבו ישנם חטופים. הצמתים האלה מיד יוצרים רשת והמערכת ממקמת את עצמה בצורה עצמאית. היא עושה זאת תוך שימוש במידע אולי אודות הגודל והצורה של הבניין ממאגר נתונים – כמו מפות גוגל – וקואורדינאטות ידועות כלשהן – כמו למשל שימוש ב-GPS. לאחר המיקום העצמי הצמתים מתחילים לשדר, תוך שהם יוצרים מדידות בעוצמות סיגנל על חיבורים שחוצים את הבניין או האזור הנדון. המדידות של כל חיבור ברשת מועברות חזרה לתחנת הבסיס והן משמשות כדי להעריך את המיקומים של האנשים הנעים, כולל העצמים בתוך הבניין. אולם אליה וקוץ בה: המערכת לא מסוגלת להבחין בין אנשים רעים לטובים: כלומר, בין החוטפים לחטופים…

 

טומוגראפית רדיו לגילוי חטופים דרך קירות בנינים

 

חוקרים מאוניברסיטת יוטה מציעים וריאציה על יחידת דימות טומוגראפית רדיוradio tomographic imaging  RTI, שבעזרתה ניתן יהיה לזהות בדיוק את המיקום והתנועה של אנשים בתוך בנינים במהלך אירוע של חטיפת בני ערובה. ארגוני הצלה יוכלו, לדעתם, לסייע באכיפת החוק ולהגיב במהרה ולדעת בדיוק היכן למקד את תשומת הלב. כך, לפי פרופ’ נאל פאטווארי והדוקטורנט שלו ג’ואי וילסון מהמחלקה להנדסת חשמל ומחשבים מאוניברסיטת יוטה, באחד משני מחקרים חדשים בשיטה החדשה המוצעת.

תמונת טומוגראפית רדיו לכשעצמה לא מספקת את הקואורדינאטות של עצמים נעים. צריך לשפר אותה בעזרת פילטר כדי שהיא תזהה את המיקום והמהירות של האובייקט. השיטה של החוקרים משתמשת ב-RTI שיכול ל”ראות” ולמקם את העקבות של אנשים או עצמים נעים באזור שמוקף על ידי מקלטים-משדרים של רדיו ששולחים ומקבלים סיגנלים. האנשים עצמם לא צריכים ללבוש תוויות או רכיבי זיהוי שמשדרים סיגנלי רדיו ולא צריכים לשאת עמם שום רכיב אלקטרוני. התחום הכללי של מיקום אנשים או עצמים בעוד הם לא נושאים שום רכיב זיהוי קרוי “מיקום פסיבי חופשי מרכיבים”. זאת בניגוד לטכנולוגיות כמו זיהוי תדירות רדיו אקטיבית, שמסוגלות לזהות רק עצמים שנושאים משדר רדיו.

 

שני ניסויים לגילוי תנועת אנשים בעזרת המערכת

 

המחקר הראשון: החוקרים מקמו רשת אל חוטית של 28 מקלטים-משדרים זולים משדרי וקולטי סגנלי רדיו – שמכונים צמתים – סביב קירות אטריום מרובע בבנין ההנדסה באוניברסיטת יוטה וגם סביב חלק מרובע מחוץ לבנין שמכיל דשא ועצים. בתוך הבניין, כל צד של הריבוע היה כמעט באורך של ארבעה מטרים והכיל שמונה צמתים במרווח של 60 סנטימטר זה מזה. בגינה, הריבוע היה מעט גדול יותר, 6 מטרים אורכו מכל צד, והכיל צמתים במרווחים של 90 סנטימטר זה מזה. המקלטים-משדרים מוקמו על סטנדים בגובה של מטר ועשרים (שעשויים מצינורות פלסטיים), בגובה מתאים כך שהם יבצעו מדידות בגובה טורסו אנושי. עוצמות סיגנל הרדיו בין כל הצמתים נמדדו בעוד אדם התהלך בכל האזור. נתוני סיגנלי הרדיו המעובדים הוצגו על גבי מסך מחשב, שהציג מבט ממעוף הציפור של האדם. בניסוי זה לא היה מסך או קיר שהפריד בין האדם לחיישני הרדיו.

 

משמאל: אדם הולך סביב ריבוע בעל 28 מקלטים-משדרים שממוקמים על סטנדים בצורת צינורות פלסטיים באטריום של בנין ההנדסה באוניברסיטת יוטה. האדם יוצר “צללים” בגלי הרדיו, וכתוצאה מתקבלת התמונה מימין – שבה מופיע האדם: כתם אדמדם-כתום-צהוב. שיטה זו יכולה גם “לראות” דרך הקירות ואז נותרות תמונות מטושטשות של האנשים הנעים מאחורי הקירות.

Radio Waves 'See' through Walls

למטה פאטווארי הולך סביב בתוך הריבוע שמוקף במקלטים-משדרים שממוקמים על הצינורות הפלסטיים במהלך הבדיקה שנועדה לבדוק אדם הולך בגינה.

Radio Waves 'See' through Walls

למטה שני החוקרים עם דוגמא של המקלטים-משדרים הזולים על שולחנם.

Radio Waves 'See' through Walls

 

המחקר השני: מחקר זה שיפר את הבדיקה של המחקר הקודם ואפשר כבר לעקוב אחר סיגנלים דרך קירות. המחקר מפרט כיצד שינויים בעוצמת סיגנל הרדיו בתוך רשת אל חוטית של 34 צמתים מאפשרת לעקוב אחר אנשים נעים מאחורי קיר לבנים.

השיטה נבדקה סביב ביתו של פאטווארי בסאלט לייק סיטי. שינויים בגלי הרדיו נמדדו בעוד שוילסון התהלך מסביב בתוך הבית. המערכת זיהתה בהצלחה את המיקום של וילסון עד למרחק של 90 סנטימטר.

החוקרים מקמו 34 צמתי רדיו באזור שסביב לקירות בחדר בעל ארבע קירות בבית. שלוש מתוך הקירות היו חיצוניים וקיר אחד פנימי. החוקרים לא הזיזו רהיטים, מכשירי חשמל וילונות ותריסים לפני הניסוי – כדי להבטיח שהמעקב יהיה כמה שיותר טבעי.

המערכת האל חוטית שבה השתמשו החוקרים בניסוי לא הייתה רשת אלחוטית במרחב המקומי, כלומר Wi-Fi, כמו זו שמחברת בין מחשבים ביתיים, מדפסות ורכיבים ביתיים אחרים. פאטווארי אמר שהמערכת בה הם השתמשו ידועה כמערכת Zigbee – כלומר קצרת טווח השואבת את השראתה מריקוד הדבורה, משתמשים בה לרוב לתרמוסטטים ביתיים אל חוטיים ולאוטומציה ביתית או תעשייתית אחרת.

 

מה ההבדל בין טומוגראפית רדיו למערכת רדאר לגילוי תנועה דרך קירות?

 

בשנים האחרונות הייתה התעניינות רבה בדימות דרך הקירות באמצעות הרדאר עבור דימות סטאטי וגילוי תנועה. יחידות אלה סובלות מרעשים אינהרנטיים, איבוד סיגנלי רדאר ולכן מרמת דיוק נמוכה.

יחידת סריקת או דימות טומוגראפית רדיו  RTIהיא שונה וזולה יותר מהרדאר, שבו סיגנלי רדאר או רדיו מוחזרים ממטרות והדהוד ההחזרות המוחזרים מספקים את המיקום של המטרה ואת מהירותה.

לדוגמא פריסמה 200 של קימברידג’ מ-2005 היא מערכת רדאר כזו. מחזיקים אותה כנגד הקיר או על מתקן במרחק של שני מטר מהקיר והמערכת משדרת פולסי רדאר באולטרא-פס רחב בתדירות נמוכה שעוברים דרך חומרי בנינים שהם בעובי של 40 סנטימטר, וכל זאת כדי לגלות את הפעילות בטווח של עד 15 מטרים. מאפיין יחודי של פריסמה 200 הוא מערך אנטנות שנותן לה שדה ראייה רחב – לפחות 140 מעלות גם במישור האופקי וגם בזה האנכי – שמשולבים יחד עם מיקום עצם תלת-ממדי ומעקב אחר תנועה. ניתן להשתמש ביכולת התלת-ממדית כדי להחליט האם אנשים עומדים, יושבים או שוכבים, או האם העצם שאותו מגלים הוא אדם או חיה.

פריסמה 200. 

אולם מערכות רדאר כאלה הן יקרות בנוסף להיותן פחות ממוקדות מה-RTI. מערכות רדאר כאלה הן מדויקות בסמוך לרכיב, אבל אינהרנטית סובלות מבעיות דיוק ורעש בטווח רחוק עקב איבוד סיגנלי רדאר. RTI היא זולה הרבה יותר, והיא משתמשת בשיטה אחרת לגמרי: רשת גדולה מאוד של חיישנים שבו-זמנית מדמים את האזור לעומת רדאר בודד. RTI מודדת לעומת הרדאר את ה”צללים” של גלי הרדיו שנוצרים כאשר הם חולפים דרך אדם או עצם נע. השיטה מודדת את עוצמות סיגנל הרדיו בריבוי מסלולים בעוד גלי הרדיו חולפים דרך האדם או מטרה אחרת. במובן זה, היא דומה למדי לסריקת ה-CT הרפואי (הטומוגראפיה הממוחשבת), שמשתמשת בקרני ה-x כדי ליצור תמונות של הגוף האנושי, וגם לדימות הסיסמי – שבו גלים מרעידות אדמה או פיצוצים (גרעיניים ופיצוצים אחרים) משמשים לחיפוש אחר נפט, מינראלים, מבני סלע מתחת לקרקע ואירועים של ניסויים גרעיניים סודיים מתחת לאדמה (זכור הניסוי הגרעיני הסודי של צפון קוריאה מתחת לאדמה שנתגלה בעזרת גלים סיסמיים). בכל אחת מהשיטות האלה, מדידות של גלי רדיו, או של גלי x, או של גלים סיסמיים – מבוצעות באמצעים שונים כדי לגלות את המטרה, ומדידות אלה משמשות כדי לבנות תמונת מחשב.

ישנו שיפור של טכניקת הרדאר תוך שימוש באנטנות רבות ומפוזרות וזה סוג של פיזור מרחבי למערכת הרדאר כמו רשת חיישני הרדיו, שיכול לפתור חלק מהבעיות שצוינו למעלה. שיטה זו משלימה את טומוגראפית הרדיו ואינטגרציה של שתי השיטות יכולה להיות כיוון חיובי בעתיד, מציינים החוקרים.

 

שיפור המערכת על ידי אלגוריתם מחשב

 

בשני הניסויים שלהם –בתוך בניין ההנדסה באוניברסיטה ומחוצה לו, וגם בניסוי דרך הקירות בבית של פאטווארי – וילסון ופאטווארי קבלו מדידות עוצמת סיגנל רדיו מכל המקלטים-משדרים: ראשית כאשר הריבוע בניסוי הראשון היה ריק לחלוטין ואחר כך כאשר אדם התהלך דרכו. החוקרים פיתחו מודל מתמטי והם הזינו אותו לתוכנית מחשב כדי להתגבר על הסיגנלים החלשים או המוחלשים – שמופיעים כאשר מישהו יוצר צללים בהלכו דרך סיגנלי הרדיו. כל זאת כדי לקבל תמונה פנוראמית ממעוף הציפור של אותו אדם הולך.

 

מה היתרון של ה-RTI על מערכות אחרות והאם המערכת מסוכנת לאנשים?

 

סיגנלים בתדירות רדיו RF יכולים לנוע דרך מכשולים כמו קירות, עצים ועשן. זאת בעוד שמערכת דימות אופטית אינה מסוגלת לכך. דימות RF יכולה גם לפעול בחושך, בעוד שמצלמות וידאו נכשלות בחושך, וגם כאשר יכולים להציב מצלמות כאלה ביום – לא מציבים ממניעים של פרטיות. זאת בעוד שמערכת RTI מספקת תמונות עדכניות של המיקום של האדם ותנועותיו, ללא הצורך במצלמות כאלה. אולם לא ניתן לזהות את האדם – במי מדובר.

נשאלת השאלה האם הפגזה בגלי רדיו מהווה סכנה, שהרי ידוע שחשיפה לקרני x – בסריקת ה-CT מהוות סכנה מסוימת בסריקות תכופות? וילסון עונה לשאלה זו בכך שהרכיבים מעבירים גלי רדיו בעוצמות של פי 500 פחות מאשר טלפון סלולארי.  ובנוסף לא מחזיקים את המכשיר ליד האוזן וקרוב לראש, מוסיף פאטווארי.

כמובן שהמערכת היא בחיתוליה וזקוקה לשיפורים. אולם כאשר יש אירוע של חטיפה ולקיחת בני ערובה, במקום שכוחות ההצלה יכנסו בהתחלה לבנין וירוצו בין הקומות השונות כדי לחפש את החטופים וכך הם עשויים לסכן את עצמם, הם יזרקו עשרות מכשירי רדיו כאלה סביב ואל תוך הבניין. או אז מיד הם יהיו מסוגלים לראות תמונת מחשב שתראה להם היכן האנשים מוחזקים בדיוק בתוך הבניין. היתרון של המערכת הוא שהיא בעלת שימוש חוזר. אחרי האירוע  ניתן לאסוף את מכשירי הרדיו ולהשתמש בהם שוב. אולם כאן נשאלת השאלה, מה יקרה ונגיד היפותטית… אם החוטפים (אל קעידא או דומיהם) יאספו את המכשירים וישתמשו בהם לצד הנגדי?… וגם הטכניקה לא מסוגלת להבחין בין טרוריסטים לבין חטופים ובני ערובה. כיצד כוחות ההצלה ידעו להבחין בין החוטפים לבין החטופים בתוך הבניין?…

המדע לצערנו לא תמיד יכול לפתור כל סכסוך ובייחוד כאשר מדובר בשאלות של טוב ורע המדע עומד בפני שוקת שבורה.

<a href="http://www.exego.net/admin/

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s