A tecnologia de ‘visão de raio-X’ em breve poderá ver através dos escombros e ajudar a salvar as vítimas do desastre
Computadores rápidos, redes 5G e radares que atravessam paredes estão trazendo essa tecnologia de ficção científica para mais perto da realidade
Segundos depois de chegar a uma cidade, terremotos podem causar imensa destruição: casas desmoronam, arranha-céus se transformam em escombros, pessoas e animais são enterrados nos escombros.
Imediatamente após essa carnificina, a equipe de emergência procura desesperadamente por qualquer sinal de vida no que costumava ser uma casa ou escritório. Freqüentemente, porém, eles descobrem que estavam cavando na pilha errada de entulho e que um tempo precioso se passou.
Imagine se os socorristas pudessem ver através dos destroços para localizar sobreviventes sob os escombros, medir seus sinais vitais e até mesmo gerar imagens das vítimas. Isso está se tornando rapidamente possível usando a tecnologia de radar transparente. As primeiras versões da tecnologia que indicam se uma pessoa está presente em uma sala estão em uso há vários anos e algumas podem medir os sinais vitais, embora em melhores condições do que por meio de escombros.
Sou um engenheiro elétrico que pesquisa sistemas de imagem e comunicação eletromagnética. Eu e outros estamos usando computadores rápidos, novos algoritmos e transceptores de radar que coletam grandes quantidades de dados para permitir algo muito mais próximo da visão de raio-X da ficção científica e dos quadrinhos. Esta tecnologia emergente tornará possível determinar quantos ocupantes estão presentes atrás de uma parede ou barreira, onde estão, quais itens podem estar carregando e, em usos policiais ou militares, até que tipo de colete à prova de balas.
Esses radares transparentes também serão capazes de rastrear os movimentos dos indivíduos e as taxas de coração e respiração . A tecnologia também pode ser usada para determinar à distância todo o layout de um edifício, até a localização de canos e fios dentro das paredes, e detectar armas escondidas e armadilhas.
A tecnologia transparente está em desenvolvimento desde a Guerra Fria como uma forma de substituir a abertura de furos nas paredes para espionagem. Existem alguns produtos comerciais no mercado hoje, como o radar Range-R , que são usados por policiais para rastrear movimentos atrás de paredes.
Como funciona o radar
Radar significa detecção e alcance de rádio. Usando ondas de rádio, um radar envia um sinal que viaja na velocidade da luz. Se o sinal atinge um objeto como um avião, por exemplo, ele é refletido de volta para um receptor e um eco é visto na tela do radar após um certo atraso. Este eco pode então ser usado para estimar a localização do objeto.
Em 1842, Christian Doppler , um físico austríaco, descreveu um fenômeno agora conhecido como efeito Doppler ou deslocamento Doppler, em que a mudança na frequência de um sinal está relacionada à velocidade e direção da fonte do sinal. No caso original de Doppler, esta era a luz de um sistema estelar binário. Isso é semelhante à mudança de tom de uma sirene quando um veículo de emergência acelera em sua direção, passa por você e depois se afasta. O radar Doppler usa esse efeito para comparar as frequências dos sinais transmitidos e refletidos para determinar a direção e a velocidade de objetos em movimento, como tempestades e carros em alta velocidade.
O efeito Doppler pode ser usado para detectar movimentos minúsculos, incluindo batimentos cardíacos e movimentos torácicos associados à respiração . Nestes exemplos, o radar Doppler envia um sinal para um corpo humano, e o sinal refletido difere dependendo se a pessoa está inspirando ou expirando, ou mesmo com base na frequência cardíaca da pessoa. Isso permite que a tecnologia meça com precisão esses sinais vitais.
Como o radar pode atravessar paredes
Como os telefones celulares, os radares usam ondas eletromagnéticas. Quando uma onda atinge paredes sólidas como drywall ou paredes de madeira, uma fração dela é refletida na superfície. Mas o resto viaja pela parede, especialmente em frequências de rádio relativamente baixas. A onda transmitida pode ser totalmente refletida de volta se atingir um objeto de metal ou até mesmo um ser humano, porque o alto teor de água do corpo humano a torna altamente refletiva.
Se o receptor do radar for sensível o suficiente – muito mais sensível do que os receptores de radar comuns – ele pode captar os sinais que são refletidos de volta pela parede. Usando técnicas de processamento de sinal bem estabelecidas, os reflexos de objetos estáticos como paredes e móveis podem ser filtrados, permitindo que o sinal de interesse – como a localização de uma pessoa – seja isolado.
Imagem via Abdel-Kareem Moadi, CC BY-ND
Transformando dados em imagens
Historicamente, a tecnologia de radar tem sido limitada em sua capacidade de auxiliar no gerenciamento de desastres e na aplicação da lei porque não teve poder computacional ou velocidade suficiente para filtrar o ruído de fundo de ambientes complicados como folhagem ou entulho e produzir imagens ao vivo.
Hoje, no entanto, os sensores de radar podem frequentemente coletar e processar grandes quantidades de dados – mesmo em ambientes hostis – e gerar imagens de alvos em alta resolução. Usando algoritmos sofisticados, eles podem exibir os dados quase em tempo real. Isso requer processadores de computador rápidos para lidar rapidamente com essas grandes quantidades de dados e circuitos de banda larga que podem transmitir dados rapidamente para melhorar a resolução das imagens.
Desenvolvimentos recentes em tecnologia sem fio de ondas milimétricas , de 5G a 5G + e além, provavelmente ajudarão a melhorar ainda mais essa tecnologia, fornecendo imagens de resolução mais alta por meio de largura de banda mais ampla de ordem de magnitude. A tecnologia sem fio também acelera o tempo de processamento de dados porque reduz muito a latência, o tempo entre a transmissão e o recebimento de dados.
Meu laboratório está desenvolvendo métodos rápidos para caracterizar remotamente as características elétricas de paredes, que ajudam a calibrar as ondas de radar e otimizar as antenas para fazer as ondas passarem mais facilmente pela parede e, essencialmente, tornar a parede transparente para as ondas. Também estamos desenvolvendo o sistema de software e hardware para realizar as análises de big data dos sistemas de radar em tempo quase real.
Imagem via Aly Fathy
Melhores eletrônicos prometem radares portáteis
Os sistemas de radar nas frequências baixas normalmente exigidas para ver através das paredes são volumosos devido ao grande tamanho da antena. O comprimento de onda dos sinais eletromagnéticos corresponde ao tamanho da antena. Os cientistas têm empurrado a tecnologia de radar transparente para frequências mais altas, a fim de construir sistemas menores e mais portáteis.
Além de fornecer uma ferramenta para serviços de emergência, policiais e militares, a tecnologia também poderia ser usada para monitorar idosos e ler sinais vitais de pacientes com doenças infecciosas como COVID-19 de fora de um quarto de hospital.
Uma indicação do potencial do radar transparente é o interesse do Exército dos EUA. Eles estão procurando por tecnologia que possa criar mapas tridimensionais de edifícios e seus ocupantes em tempo quase real. Eles estão até procurando por um radar transparente que possa criar imagens de rostos de pessoas que sejam precisas o suficiente para que os sistemas de reconhecimento facial identifiquem as pessoas atrás da parede.
Independentemente de os pesquisadores desenvolverem ou não um radar transparente que seja sensível o suficiente para distinguir as pessoas por seus rostos, a tecnologia provavelmente vai muito além das manchas em uma tela para dar aos primeiros respondentes algo como poderes sobre-humanos.