Nowy radar opracowany przez uczonych z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis (UC Davis) stanowi dowód koncepcji – do niedawna wydawało się, że jego stworzenie jest niemożliwe. Sam czujnik jest wielkości ziarna sezamu, a przy tym jest tani i energooszczędny. Powala na wykrywanie niewiarygodnie małych ruchów obiektów w skali mikroskopowej.
Czytaj też: Z tym radarem można widzieć przez ściany. Niezwykła technologia prosto z Izraela
Radar jest część trwającego projektu finansowanego przez Fundację Badań nad Żywnością i Rolnictwem (FFAR), mającego na celu opracowanie taniego czujnika zdolnego do śledzenia stanu wody w różnych roślinach. Szczegóły opisano w czasopiśmie IEEE Journal of Solid-State Circuits.
Nowy radar wykorzystuje fale milimetrowe
Fale milimetrowe to zakres fal radiowych obejmujących częstotliwości 30-300 GHz i długości 1-10 mm. Mieszczą się one między mikrofalami a podczerwienią – są wykorzystywane w łączności satelitarnej, radiolokacji, radioastronomii, a także w broni elektromagnetycznej. Fale milimetrowe mają kilka zalet, w tym naturalną wrażliwość na drobne ruchy i zdolność skupiania uwagi na obiektach o małej skali.
Czytaj też: Po raz pierwszy w historii sieć neuronowa odtworzyła kluczowy aspekt ludzkiej inteligencji
Czujnik opracowany przez naukowców z UC Davis wykorzystuje innowacyjną konstrukcję radaru fal milimetrowych do wykrywania wibracji tysiąc razy mniejszych i zmian pozycji celu sto razy mniejszych niż kosmyk ludzkiego włosa. Pod względem rozdzielczości dorównuje najdokładniejszym czujnikom na świecie, ale jest przy tym ziarna sezamu, cechuje go długi czas pracy na baterii i tanie koszty produkcji.
Podstawowym problemem, przed którym stanęli naukowcy pracujący nad czujnikiem, było znalezienie pożądanego źródła. Szum był tak duży, że gdy badacze próbowali uchwycić delikatny sygnał przerzedzania się małych liści, ich czujniki zostały zagłuszone.
Prof. Omeed Momendi z UC Davis mówi:
Wydawało się to naprawdę niemożliwe, ponieważ poziomy szumów, które badaliśmy, musiały być tak niskie, że prawie żadne źródło sygnału nie było w stanie sobie z tym poradzić.
Wydawało się już, że stworzenie radaru pracującego w zakresie fal milimetrowych nie uda się, ale podczas rozmowy dr Hao Wanga z prof. Momendim, padła sugestia, by zniwelować szum samym sobą. To teoretycznie rozwiązałoby problem, przed którym stoją współczesne radary. Opracowany prototyp miał traktować szum odbierany przez czujnik jak proste zadanie arytmetyczne. Uczeni odjęli niepotrzebne szumy i zachowali jednocześnie czułość pomiarów – czujnik zadziałał przy pierwszej próbie.
Radar fal milimetrowych mógł wykryć wszystkie potrzebne informacje, nie ulegając “zagłuszeniu” przez hałas. Ta innowacja zapewniła wysoką dokładność czujnika. Chip jest również prosty w produkcji i ma unikalną konstrukcję, która znacznie poprawia efektywność energetyczną. To może rozwiązać dwa największe problemy, przed którymi stają czujniki fal milimetrowych – wysokie zużycie energii i ograniczoną wydajność tranzystorów półprzewodnikowych pod względem szumu, wzmocnienia i mocy wyjściowej.