Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Wavsens LLC разработали метод использования радиосигналов для создания в реальном времени изображений и видео скрытых и движущихся объектов, которые могут помочь пожарным найти пути эвакуации или жертв внутри зданий, заполненных огнем и дымом. Этот метод также способен отслеживать гиперзвуковые объекты, такие как ракеты и космический мусор.
Работа учёных, опубликованная в Nature Communications, может предоставить важную информацию, которая поможет снизить смертность и травматизм. Обнаружение и отслеживание первых спасателей в помещении – главная цель сообщества общественной безопасности. Сегодня, например, сотни тысяч кусков орбитального космического мусора считаются опасными для людей и космических аппаратов.
“Наша система позволяет в режиме реального времени визуализации по углам и по стенам отслеживать быстро движущихся объектов, таких как миллиметровые фрагменты космического мусора, пролетающих 10 километров в секунду”, – рассказывает физик Фабио да Силва, который руководил разработкой системы в NIST.
“Поскольку мы используем радиосигналы, они проходят почти через все: бетон, гипсокартон, дерево и стекло”, – добавил учёный. – Это довольно круто, потому что мы не только можем заглянуть за стены, но и требуется всего несколько микросекунд данных, чтобы сделать кадр изображения. Отбор проб происходит со скоростью света, настолько быстро, насколько это физически возможно”.
Сообщается, что метод визуализации NIST – это вариация радара, который посылает электромагнитный импульс, ждет отражения и измеряет время прохождения туда и обратно, чтобы определить расстояние до цели. Многоузловой радар обычно имеет один передатчик и несколько приемников, которые принимают эхо и триангулируют их для обнаружения объекта.
“Мы использовали концепцию многоузлового радара, но в нашем случае применяется много передатчиков и один приемник”, – сказал да Силва. – Таким образом, все, что отражается в любой точке пространства, мы можем обнаружить и изобразить”.
Команда NIST продемонстрировала технику в безэховой (без эхо) камере, сделав изображения трехмерной сцены с участием человека, движущегося за гипсокартоном. Мощность передатчика была эквивалентна 12 сотовым телефонам, посылающим сигналы одновременно для создания изображения цели с расстояния около 10 метров (30 футов) через настенную панель.
Да Силва сообщает, что нынешняя система имеет потенциальную дальность действия до нескольких километров. С некоторыми усовершенствованиями дальность может быть намного больше, ограниченная только мощностью передатчика и чувствительностью приемника, считает учёный.
Известна, что новая технология визуализации также может быть адаптирована для передачи видимого света вместо радиосигналов – сверхбыстрые лазеры могут повысить разрешение изображения, но потеряют способность проникать сквозь стены, – или звуковых волн, используемых для гидролокаторов и ультразвуковых изображений.
Специалисты рассказывают, что помимо визуализации аварийных ситуаций и космического мусора, новый метод может также использоваться для измерения скорости ударных волн, ключевого показателя оценки взрывчатых веществ, а также для мониторинга жизненно важных показателей, таких как частота сердечных сокращений и дыхания.