p Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e Wavsens LLC desenvolveram um método para usar sinais de rádio para criar imagens e vídeos em tempo real de objetos ocultos e em movimento, o que pode ajudar os bombeiros a encontrar rotas de fuga ou vítimas dentro de edifícios cheios de fogo e fumaça. A técnica também pode ajudar a rastrear objetos hipersônicos, como mísseis e detritos espaciais. p O novo método, descrito em Nature Communications , pode fornecer informações críticas para ajudar a reduzir mortes e lesões. Localizar e rastrear os primeiros respondentes dentro de casa é um objetivo primordial para a comunidade de segurança pública. Centenas de milhares de pedaços de lixo espacial em órbita são considerados perigosos para humanos e naves espaciais.

p "Nosso sistema permite imagens em tempo real em torno de cantos e paredes e rastreamento de objetos em movimento rápido, como detritos espaciais de tamanho milimétrico voando a 10 quilômetros por segundo, mais que 20, 000 milhas por hora, tudo a partir de distâncias de impasse, disse o físico Fábio da Silva, que liderou o desenvolvimento do sistema enquanto trabalhava no NIST.

p "Porque usamos sinais de rádio, eles passam por quase tudo, como concreto, drywall, madeira e vidro, "Lula acrescentou." É muito legal porque não só podemos olhar para trás das paredes, mas leva apenas alguns microssegundos de dados para fazer um quadro de imagem. A amostragem acontece na velocidade da luz, o mais rápido fisicamente possível. "

p O método de imagem NIST é uma variação do radar, que envia um pulso eletromagnético, espera pelos reflexos, e mede o tempo de ida e volta para determinar a distância até um alvo. O radar multisite geralmente tem um transmissor e vários receptores que recebem ecos e os triangulam para localizar um objeto.

p "Exploramos o conceito de radar multisite, mas, em nosso caso, usamos muitos transmissores e um receptor, "disse Lula." Por ali, qualquer coisa que reflita em qualquer lugar do espaço, somos capazes de localizar e criar imagens. "

p Da Silva explica o processo de imagem assim:"Para criar a imagem de um edifício, o volume real de interesse é muito menor do que o volume do edifício em si, porque é principalmente um espaço vazio com coisas esparsas nele. Para localizar uma pessoa, você dividiria o edifício em uma matriz de cubos. Normalmente, você iria transmitir sinais de rádio para cada cubo individualmente e analisar os reflexos, o que consome muito tempo. Por contraste, o método NIST investiga todos os cubos ao mesmo tempo e usa o eco de retorno de, dizer, 10 de 100 cubos para calcular onde a pessoa está. Todas as transmissões retornarão uma imagem, com os sinais formando um padrão e os cubos vazios caindo. "

p Da Silva solicitou uma patente, e ele recentemente deixou o NIST para comercializar o sistema sob o nome de m-Widar (detecção de imagem por microondas, análise e abrangência) por meio de uma empresa iniciante, Wavsens LLC (Westminster, Colorado).

p A equipe do NIST demonstrou a técnica em uma câmara anecóica (sem eco), fazer imagens de uma cena 3-D envolvendo uma pessoa se movendo atrás da parede de gesso. A potência do transmissor era equivalente a 12 celulares enviando sinais simultaneamente para criar imagens do alvo a uma distância de cerca de 10 metros (30 pés) através do wallboard.

p Da Silva disse que o sistema atual tem um alcance potencial de até vários quilômetros. Com algumas melhorias, o alcance pode ser muito maior, limitado apenas pela potência do transmissor e sensibilidade do receptor, ele disse.

p A técnica básica é uma forma de imagem computacional conhecida como renderização transitória, que existe como uma ferramenta de reconstrução de imagens desde 2008. A ideia é usar uma pequena amostra de medições de sinal para reconstruir imagens com base em padrões aleatórios e correlações. A técnica já foi usada em codificação de comunicações e gerenciamento de rede, aprendizado de máquina e algumas formas avançadas de imagem.

p Da Silva combinou processamento de sinais e técnicas de modelagem de outros campos para criar uma nova fórmula matemática para reconstruir imagens. Cada transmissor emite diferentes padrões de pulso simultaneamente, em um tipo específico de sequência aleatória, que interferem no espaço e no tempo com os pulsos de outros transmissores e produzem informações suficientes para construir uma imagem.

p As antenas de transmissão operavam em frequências de 200 megahertz a 10 gigahertz, aproximadamente a metade superior do espectro de rádio, que inclui microondas. O receptor consistia em duas antenas conectadas a um digitalizador de sinais. Os dados digitalizados foram transferidos para um laptop e enviados para a unidade de processamento gráfico para reconstruir as imagens.

p A equipe do NIST usou o método para reconstruir uma cena com 1,5 bilhão de amostras por segundo, uma taxa de quadros de imagem correspondente de 366 kilohertz (quadros por segundo). Por comparação, isso é cerca de 100 para 1, 000 vezes mais quadros por segundo do que uma câmera de vídeo de celular.

p Com 12 antenas, o sistema NIST gerou imagens de 4096 pixels, com uma resolução de cerca de 10 centímetros em uma cena de 10 metros. Esta resolução de imagem pode ser útil quando a sensibilidade ou privacidade é uma preocupação. Contudo, a resolução pode ser melhorada com a atualização do sistema usando a tecnologia existente, incluindo mais antenas de transmissão e geradores e digitalizadores de sinais aleatórios mais rápidos.

p No futuro, as imagens podem ser melhoradas usando emaranhamento quântico, em que as propriedades dos sinais de rádio individuais ficariam interligadas. O emaranhamento pode melhorar a sensibilidade. Esquemas de iluminação quântica de radiofrequência podem aumentar a sensibilidade de recepção.

p A nova técnica de imagem também poderia ser adaptada para transmitir luz visível em vez de sinais de rádio - lasers ultrarrápidos poderiam aumentar a resolução da imagem, mas perderiam a capacidade de penetrar nas paredes - ou ondas sonoras usadas para aplicações de sonar e ultrassom.

p Além de imagens de condições de emergência e detritos espaciais, o novo método também pode ser usado para medir a velocidade das ondas de choque, uma métrica chave para avaliar explosivos, e monitorar sinais vitais, como frequência cardíaca e respiração, disse da Silva.