Akustiskais 'radars' norāda uz bezceļiem metāla kravas konteineros

Bezbiļetnieku atklāšana kravas automašīnās, kuģu konteineros un vilcienu vagonos kļūst arvien svarīgāka darbība, jo valstis visā pasaulē mēģina cīnīties pret cilvēku nelegālu pārvietošanos pāri robežām. Lai palīdzētu, ir izstrādātas dažādas tehnoloģijas, taču tām visām ir būtiski ierobežojumi.

Pasīvie milimetru viļņu sensori var redzēt cauri sienām, taču tiem ir nepieciešams apgaismojuma avots, piemēram, debesis. Tas parasti izslēdz iespēju atklāt bezbiļetniekus, kas paslēpti no saules gaismas.

Mikroviļņu radaru sistēmas nodrošina savu apgaismojuma avotu, taču parasti tām ir grūti noteikt nekustīgus cilvēkus. Jebkurā gadījumā šie signāli neiziet cauri metāla sienām un tāpēc nav piemēroti kravas konteineriem un tamlīdzīgiem.

Tad ir sistēmas, kuru pamatā ir gamma staru noteikšana. Tie viegli iziet cauri metāla sienām un ir paredzēti galvenokārt kodolmateriālu noteikšanai. Taču tie rada būtisku apdraudējumu cilvēku veselībai un tāpēc nav piemēroti bezbīstamo personu pamanīšanai.

Visbeidzot, ir arī akustiskie sensori, kas noteikti var sūtīt signālus caur metāla sienām, bet nekad nav bijuši pietiekami spēcīgi vai jutīgi, lai precīzi noteiktu cilvēkus otrā pusē.

Līdz šim brīdim. Mūsdienās viss mainās, pateicoties Franklina Felbera darbam Sandjego zinātnisko konsultāciju uzņēmumā Starmark, kurš ir uzbūvējis un testējis akustisku sensoru, kas ir gan jaudīgs, gan pietiekami jutīgs, lai noteiktu citādi nekustīga cilvēka elpošanas kustību. kravas konteinera sienas otrā puse.

Problēma ar parastajiem akustiskajiem raidītājiem ir tāda, ka tie nerada tādu signālu, kas varētu noteikt cilvēkus. Tam ir jābūt noteiktai, šaurai frekvencei, kas ļauj sensoram uztvert atstarojuma izmaiņas no objekta, kas pārvietojas tikai par dažiem milimetriem, piemēram, no elpošanas krūškurvja. Platjoslas signāls, kas aptver virkni frekvenču, šos atspulgus vienkārši aizmiglo.

Tam arī jābūt pietiekami jaudīgam, lai tas izietu cauri metāla sienai, nonāktu gaisā no otras puses, pēc tam atspīdētu no priekšmetiem un caur metāla sienu nonāktu atpakaļ uztvērējā.

Felbers sāka savu darbu, eksperimentējot ar komerciāliem pjezoelektriskiem devējiem. Tie maina savu formu, ja tiek pakļauti spēcīgam spriegumam. Tieši šīs izmaiņas rada akustisku signālu.

Bet Felbers atklāja, ka viņiem ir būtiski trūkumi. Visnopietnākais bija tas, ka, lai radītu pietiekami jaudīgu signālu, tiem ir jādarbojas tuvu bojājuma slieksnim. Turklāt tie izmanto milzīgu spriegumu — aptuveni 3000 voltu —, un tam ir nepieciešamas īpašas jaudas kondicionēšanas shēmas. Vēl ļaunāk, tie zaudē savas rezonanses īpašības, ja tiek piestiprinātas pie sienas, un tas samazina to akustisko jaudu par tūkstošiem.

Taču Felbers atrada ļoti vienkāršu un efektīvu alternatīvu, izmantojot pavisam cita veida akustisko devēju, kas darbojas ar deviņu voltu akumulatoru. Viņa jaunā mašīna būtībā ir āmurs vai, kā viņš to sauc, mehāniskais trieciena raidītājs.

Tas rada spēcīgu akustisku signālu, atkārtoti sitot pa metāla disku, kas pēc tam rezonē noteiktā frekvencē. Piestiprinot pie konteinera sienas, signāls nokļūst gaisā otrā pusē.

Akustiskais uztvērējs uztver visus atstarojumus no katra impulsa, un signāla procesors tos atņem no iepriekšējā impulsa atspīdumiem. Atspulgi, kas nav mainījušies, atspulgi no nekustīgiem objektiem, izzūd. Tas atstāj tikai atspulgus no kustīgiem objektiem, piemēram, cilvēkiem.

Felbers ir pārbaudījis ierīci un parāda, ka tā var noteikt cilvēku, kas atrodas sienas otrā pusē, kas kustas un pat nekustīgu cilvēku, tikai no elpošanas darbības.

Tas ir iespaidīgs darbs, kas parāda, kā vienkārša ideja var pārspēt vismodernāko materiālu zinātni.

Protams, ir brīdinājumi. Vissvarīgākais ir veids, kā mehāniskais triecienelements savienojas ar sienu.

Lai ierīce un uztvērējs darbotos labi, tie ir rūpīgi jānostiprina pie sienas tā, lai būtiski nemainās to rezonanses frekvences, jo tas izraisītu signālu zudumu.

Tas var būt iespējams testā, taču svarīgs jautājums ir, vai tas būtu iespējams praksē, kad tūkstošiem kravas konteineru ir nepieciešams skenēt dažādos laikapstākļos.

Tomēr Felbers ir optimistisks. Viņš saka, ka ierīces spēj attālināti un neuzbāzīgi skenēt tērauda kravas konteinerus, lai atrastu bezbiļetniekiem ar ātrumu divi konteineri minūtē.

Fakts, ka šai problēmai ir nepieciešams steidzams risinājums, noteikti pievērsīs uzmanību šim darbam un palīdzēs koncentrēties uz dažiem pēdējiem praktiskiem jautājumiem, kas ir jāatrisina.

Atsauce: arxiv.org/abs/1507.01479 : Jauna lieljaudas akustiskā cauri sienai sensora demonstrācija

paslēpties