Il sollievo potrebbe essere all'orizzonte per chiunque abbia mai saltato in una stanza come un jack-in-the-box per far riaccendere le luci di rilevamento del movimento, grazie a un nuovo sensore di movimento basato su metamateriali abbastanza sensibile da monitorare la respirazione di una persona.

In un paio di nuovi studi, ricercatori della Duke University e dell'Institut Langevin, Francia, hanno dimostrato che i modelli creati dalle onde radio possono rilevare la presenza e la posizione di una persona ovunque all'interno di una stanza.

I risultati sono apparsi di recente in Rapporti scientifici e il 6 agosto nel Lettere di revisione fisica .

Questa nuova tecnologia di rilevamento del movimento potrebbe portare a nuovi dispositivi domestici intelligenti per il risparmio energetico, sicurezza, sanità e gioco.

"Le aziende energetiche non amano i rilevatori di movimento a infrarossi perché hanno molti problemi, " ha detto David R. Smith, il James B. Duke Professor di Ingegneria Elettrica e Informatica alla Duke. "La quantità di spazio che possono coprire è limitata, una persona deve essere nel suo campo visivo per essere rilevata, e probabilmente tutti hanno avuto l'esperienza in cui le luci si sono spente perché sono rimasti fermi troppo a lungo. Le onde radio possono aggirare tutte queste limitazioni".

Nel loro articolo iniziale pubblicato all'inizio di quest'anno, i ricercatori hanno sfruttato i modelli creati dalle onde radio che rimbalzano in una stanza e interferiscono con se stesse. Questi modelli unici cambiano con la minima perturbazione degli oggetti della stanza, consentendo a un'antenna sensibile di rilevare quando qualcosa si muove o entra nella stanza. E confrontando il modo in cui questi modelli cambiano nel tempo, possono anche essere utilizzati per rilevare movimenti ciclici come la rotazione di una pala di un ventilatore o anche una persona che respira.

Nell'ultimo giornale, la squadra dimostra che con un po' di allenamento, il sistema può anche estrarre informazioni necessarie per localizzare oggetti o persone in uno spazio. Al sistema dimostrativo è stato insegnato lo schema delle onde radio diffuse da un blocco triangolare posto in 23 posizioni diverse su un pavimento. Quella calibrazione è sufficiente non solo per distinguere tra i 23 scenari appresi, ma per distinguere anche le posizioni di tre blocchi identici posti in uno qualsiasi di 1, 771 possibili configurazioni.

La tecnologia funziona sfruttando il modo in cui le onde radio si comportano in una stanza chiusa. La loro capacità di riflettere continuamente su più superfici crea complessi schemi di interferenza in tutta la stanza. Nel passato, questa complessità è stata un ostacolo per i sistemi che cercavano di localizzare l'origine di un segnale. Ma Smith e i suoi colleghi hanno ora dimostrato che questa stessa complessità può essere sfruttata per rilevare il movimento e localizzare oggetti all'interno di una stanza.

"La complessità del modo in cui le onde radio rimbalzano in una stanza e interferiscono con se stesse crea una sorta di impronta digitale, " ha spiegato Philipp del Hougne, un ricercatore in visita al laboratorio di Smith dell'Institut Langevin di Parigi, Francia. "E ogni volta che un oggetto all'interno di una stanza si muove, anche un po', quell'impronta digitale cambia."

La sfida consiste nel trovare il modo più efficiente per inchiostrare quell'impronta digitale in primo luogo. Richiede molte informazioni, del Hougne ha spiegato, e ci sono molti modi tradizionali in cui può essere fatto, ma hanno tutti degli svantaggi.

È possibile installare un gran numero di antenne in molti punti intorno a una stanza per effettuare misurazioni multiple, ma questo sarebbe costoso e scomodo. Un'altra tattica sarebbe quella di misurare molte frequenze diverse, poiché ognuno rimbalza in una stanza in un modo unico. Questo approccio, però, creerebbe probabilmente interferenze con altri segnali di onde radio come Wi-Fi e Bluetooth che operano all'interno di una stanza.

La soluzione dei ricercatori è controllare dinamicamente la forma delle onde utilizzando metamateriali, materiali artificiali che manipolano onde come luce e suono attraverso le proprietà della loro struttura. Un'antenna in metamateriale a schermo piatto può modellare le onde in configurazioni arbitrarie e creare molti fronti d'onda diversi in rapida successione.

"Non importa nemmeno quali siano quelle particolari forme d'onda, " ha detto Smith. "Finché sono diversi, il rilevatore rileverà abbastanza schemi diversi per determinare se c'è qualcosa e dove si trova."

"Esistono altre tecnologie che potrebbero raggiungere capacità simili di modellatura del fronte d'onda, ma sono molto più costosi sia in termini di costi che di consumo energetico, " disse Mohammadreza Imani, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Smith che ha anche lavorato sui giornali. "Gli studi hanno dimostrato che la capacità di regolare la temperatura di una stanza quando le persone escono e tornano può ridurre il consumo energetico di circa il 30%. Ma se stai cercando di risparmiare energia spendendo più energia cambiando il modello dell'antenna, allora non sei d'aiuto."

E il risparmio energetico potrebbe essere solo la punta dell'iceberg. La capacità di contare il numero di persone in una stanza, distinguere le posizioni del corpo e monitorare i modelli di respirazione ha anche potenziali applicazioni in sicurezza, sanità e gioco.

Gli scienziati francesi del progetto hanno creato una società di avvio correlata chiamata Greenerwave.

"Mentre stiamo sicuramente continuando con l'angolo energetico, vedremo anche dove ci porterà la ricerca, " ha detto Smith.