Efekt Dopplera znany jest nam z lekcji fizyki. Najczęściej obserwujemy go, kiedy mija nas jeżdżąca na sygnale karetka. Studenci telekomunikacji i kierunków pokrewnych wiedzą również, że zjawisko to jest wykorzystywane w radarach. Dzięki pomiarze zmiany częstotliwości fali odbitej od obiektu można określić jego prędkość poruszania się. Jednak mało kto słyszał pewnie o tzw. mikro efekcie Doppler (Micro-Doppler Effect). Okazuje się, że technologia ta ma kilka ciekawych zastosowań i już niedługo może trafić do naszych routerów Wi-Fi.
Z routerów Wi-Fi korzystamy przede wszystkim w celu udostępniania połączenia internetowego. Jednak coraz częściej stają się one sercem domowego systemu IoT. Klasyczne aplikacje tego typu zakładają, że różnego typu inteligentne urządzenia są podłączone do naszej domowej sieci Wi-Fi. Niektórzy konfigurują dla nich osobny AP, żeby w ten sposób oddzielić od siebie urządzenia multimedialne od sprzętu IoT, który ma niewielkie zapotrzebowanie na przesył danych. Z kolei firma Celeno stwierdziła, że to za mało. Ich zdaniem router Wi-Fi może być również aktywnym skanerem naszego mieszkania, który widzi przez ściany i jest w stanie ostrzec nas, kiedy stanie się coś złego. Być może pierwsza myśl o routerze Wi-Fi, który nas “obserwuje” 24/7 jest odstraszająca. Jednak zjawisko efektu Dopplera pozwala zarówno na stały monitoring mieszkania i domowników, jak i dba i ich prywatność. Opracowana przez firmę Celeno technologia pozwala m.in. na monitoring czasu snu, śledzenie częstotliwości odwiedzania toalety czy też wykrywanie nieszczęśliwy zdarzeń (np. upadku). Wszystko to jest efektem połączenia radaru Dopplerowskiego Wi-Fi oraz algorytmów uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji.
Celeno wypuszcza pierwszy chip z Wi-Fi 6/6E, Bluetooth i… radarem Dopplera
Takie połączenie poszczególnych technologii jest dość nietypowe. Ogólnie rzecz ujmując firma Celeno stwierdziła, że opracuje chip dla routerów Wi-Fi, który potrafi więcej niż konkurencja. Tym oryginalnym dodatkiem jest właśnie radar Dopplera, który działa na częstotliwościach używanych przez sieć Wi-Fi. Funkcja ta jest dostępna w nowej rodzinie produktów z serii CL6000 o nazwie Denali. Przeznaczone są one do zastosowania w urządzeniach konsumenckich. Sam układ jest rozwiązaniem atrakcyjnym, ponieważ obsługuje wszystkie nowinki związane z sieciami Wi-Fi. Zalicza się do nich obsługa częstotliwości z pasma 6 GHz, technik MU-OFDMA, MU-MIMO, beamformingu, modulacji 1024 QAM, szyfrowania WPA3 oraz funkcjonalności TWT (Target Wake Time), która oszczędza energię elektryczną.
Innowacyjny radar Dopplera dostępny jest tylko w układzie CL6025, który jednocześnie jest flagowym produktem całej rodziny. Pozostałe modele, tj. CL6020 oraz CL6010, są “zwykłymi” układami komunikacyjnymi, które różnią się od siebie liczbą obsługiwanych anten w trybie MIMO.
Radar Dopplera w routerze Wi-Fi, czyli “magia”, którą urzeczywistnia sztuczna inteligencja
Rozwój mocno zintegrowanych układów radiokomunikacyjnych pozwala na popularyzację urządzeń korzystających z mikro efektu Dopplera. Tradycyjne podejście do zjawiska Dopplera w skali makro sprowadza się jedynie do określenia prędkości całego obiektu. Z kolei rozważenie go w skali mikro pozwala na analizę ruchu poszczególnych fragmentów bardziej złożonego obiektu. Firma Celeno opanowała tę technologię na tyle, że jest w stanie zidentyfikować ruch ręki, a nawet wykonywany przez człowieka gest.
Całość sprowadza się do analizy niewielkich zmian częstotliwości sygnału, który odbija się od danego obiektu. Zespół naukowców zauważył, że wykres, który pokazuje te zmiany w dziedzinie czasu, jest dość ciekawy. Okazuje się, że wygląda on zupełnie inaczej dla osoby, która idzie, siada czy też upada. Po takim spostrzeżeniu nie pozostało nic innego, jak tylko zaprząc do nauki algorytmy uczenia maszynowego. Półtora roku temu skuteczność systemu przy wykrywaniu wybranych wzorców ruchowych wynosiła 95%. Wówczas naukowcy pracowali jeszcze nad poziomem fałszywych klasyfikacji (tj. tzw. wynikami false positive), który wynosił wtedy około 10%. Trudno powiedzieć czy przez ten czas firmie udało się usprawnić algorytmy sztucznej inteligencji pod kątem tych wyników, czy może zespół skupił się na implementacji rozpoznawalności większej ilości zdarzeń.
A komu to potrzebne?
Firma Celeno wymyśliła do tej pory kilka interesujących swojej technologii. Najwięcej prac dotyczyło detekcji nieszczęśliwych wypadków ruchowych, które mogą nas spotkać w domu oraz monitorowanie stanu zdrowia starszych osób. Do tego powstał specjalny system, który wysyła powiadomienia do najbliższych oraz automatycznie wzywa pomoc medyczną. Oprócz tego zainstalowany w routerze Wi-Fi skaner Dopplera może poprawić bezpieczeństwo naszego domu. System bez problemu wykryje nie tylko gdy ktoś wejdzie do mieszkania, ale również zbliży się do drzwi. Algorytmy potrafią również rozróżnić ludzi od zwierząt. Dodatkowo Celeno ma ambicję na nawiązanie współpracy z operatorami telewizji kablowych. Firma opracowała prostą aplikację, która monitoruje, ile osób ogląda telewizję oraz rozróżnia osoby dorosłe od dzieci. Tego typu informacje są szczególnie wartościowe dla reklamodawców.
To nie wszystko. Technologia ta przyda się również w przemyśle. Współczesne budynki naszpikowane są całą masą nowoczesnych systemów. Niemal w każdym z nich znajduje się również sieć Wi-Fi. Właściciele biurowców mogą zastosować system firmy Celeno do monitoringu bezpieczeństwa. Mogą oni również monitorować aktywność w przestrzeni biurowej. Z kolei centra handlowe mogłyby dokładnie zliczać liczbę klientów oraz ich zainteresowanie poszczególnymi sklepami. Wszystko to można dodatkowo zintegrować z systemem detekcji zdarzeń. Potencjalnie tego typu system mógłby wykryć zasłabnięcie pracownika, który został sam w biurze w późnych godzinach wieczornych.
Teraz pozostaje nam tylko czekać na pojawienie się nowego rozwiązania na rynku. Ciekawe, czy firma Celeno będzie jedynym producentem chipsetów Wi-Fi z radarem Dopplera, czy może też technologią tą zainteresują się inne firmy.
