РТУ МИРЭА предложил дешевый радиодатчик для распознавания жестов
Инженеры РТУ МИРЭА нашли способ распознавать жесты руки без камер и перчаток. Для этого они намеренно перегрузили обычный усилитель и получили сверхширокополосный радиосигнал.
МОСКВА, 9 июня. /Новости науки/. Инженеры РТУ МИРЭА создали новый способ генерации сверхширокополосных радиосигналов для бесконтактного распознавания жестов. Метод основан на намеренной перегрузке обычного усилителя: искажения, которые обычно считают помехой, здесь помогают расширить спектр сигнала более чем в 20 раз.
Такие системы могут пригодиться там, где камеры работают плохо или не подходят по условиям. Радиодатчик может распознавать движения руки в темноте, при задымлении, пыли или через тонкие преграды. Это важно для медицины, промышленной автоматизации, виртуальной реальности, «умного дома» и управления роботами.
«Мы доказали, что режим переходных искажений в СШП-усилителе — это не дефект, а новый метод синтеза радиовизионного сигнала», — сказал заведующий кафедрой радиоволновых процессов и технологий РТУ МИРЭА Михаил Костин.
По его словам, каждый экземпляр усилителя ведет себя немного по-своему, почти как отпечаток пальца. Это позволяет создавать каскады с уникальными спектральными характеристиками. В экспериментах повторяемость распознавания жестов составила не менее 94%.
Обычно для получения сверхширокополосного сигнала нужны сложные и дорогие высоковольтные генераторы. Авторы работы предложили более простой путь. Они подали мощный сигнал на вход стандартного интегрального усилителя SBB5089Z и заставили его работать в режиме насыщения.
В этом режиме усилитель начинает искажать исходную синусоиду. Он как бы «срезает» ее вершины и превращает сигнал в последовательность резких импульсов. Чем резче фронт импульса, тем шире спектр радиосигнала.
«Мы не боремся с искажениями, а используем их как инструмент для синтеза сверхширокого спектра», — пояснил старший преподаватель кафедры радиоволновых процессов и технологий Института радиоэлектроники и информатики РТУ МИРЭА Кирилл Латышев.
Он сравнил подход с перегрузкой гитарного усилителя. В музыке она дает характерное «грязное» роковое звучание. В радиосистеме такая «грязь» несет полезный сигнал, который помогает точнее определять положение руки.
Ученые проверили метод на киберфизическом стенде. Им удалось расширить эффективную ширину спектра с 47 до 900 МГц. Затем сигнал излучали с помощью антенны Вивальди. Он отражался от руки человека, а система анализировала форму отклика.
В тестах радиодатчик различал четыре жеста. Среди них были вращение кисти, сжатие кулака и движение, похожее на пролистывание страницы. Точность распознавания достигла более 96%.
Профессор кафедры радиоволновых процессов и технологий РТУ МИРЭА Константин Бойков отметил, что технология может выйти за пределы управления дронами и VR-гарнитурами. По его словам, она может использоваться в реабилитации пациентов с нарушениями моторики, в чистых комнатах при сборке микроэлектроники и в бытовой робототехнике.
Отдельное преимущество метода — простота схемы. Стандартная микросхема становится компактным и энергоэффективным источником сложного радиосигнала без дорогого генератора. Это может упростить внедрение технологии в носимые устройства, интерактивные панели и домашние роботизированные системы.
Авторы также показали устойчивость метода при потере части данных. Жест сжатия кулака сохранял стабильность распознавания выше 0,9 даже при потере трети входящего сигнала.
Исследование опубликовано в журнале Russian Technological Journal.
Такие системы могут пригодиться там, где камеры работают плохо или не подходят по условиям. Радиодатчик может распознавать движения руки в темноте, при задымлении, пыли или через тонкие преграды. Это важно для медицины, промышленной автоматизации, виртуальной реальности, «умного дома» и управления роботами.
«Мы доказали, что режим переходных искажений в СШП-усилителе — это не дефект, а новый метод синтеза радиовизионного сигнала», — сказал заведующий кафедрой радиоволновых процессов и технологий РТУ МИРЭА Михаил Костин.
По его словам, каждый экземпляр усилителя ведет себя немного по-своему, почти как отпечаток пальца. Это позволяет создавать каскады с уникальными спектральными характеристиками. В экспериментах повторяемость распознавания жестов составила не менее 94%.
Обычно для получения сверхширокополосного сигнала нужны сложные и дорогие высоковольтные генераторы. Авторы работы предложили более простой путь. Они подали мощный сигнал на вход стандартного интегрального усилителя SBB5089Z и заставили его работать в режиме насыщения.
В этом режиме усилитель начинает искажать исходную синусоиду. Он как бы «срезает» ее вершины и превращает сигнал в последовательность резких импульсов. Чем резче фронт импульса, тем шире спектр радиосигнала.
«Мы не боремся с искажениями, а используем их как инструмент для синтеза сверхширокого спектра», — пояснил старший преподаватель кафедры радиоволновых процессов и технологий Института радиоэлектроники и информатики РТУ МИРЭА Кирилл Латышев.
Он сравнил подход с перегрузкой гитарного усилителя. В музыке она дает характерное «грязное» роковое звучание. В радиосистеме такая «грязь» несет полезный сигнал, который помогает точнее определять положение руки.
Ученые проверили метод на киберфизическом стенде. Им удалось расширить эффективную ширину спектра с 47 до 900 МГц. Затем сигнал излучали с помощью антенны Вивальди. Он отражался от руки человека, а система анализировала форму отклика.
В тестах радиодатчик различал четыре жеста. Среди них были вращение кисти, сжатие кулака и движение, похожее на пролистывание страницы. Точность распознавания достигла более 96%.
Профессор кафедры радиоволновых процессов и технологий РТУ МИРЭА Константин Бойков отметил, что технология может выйти за пределы управления дронами и VR-гарнитурами. По его словам, она может использоваться в реабилитации пациентов с нарушениями моторики, в чистых комнатах при сборке микроэлектроники и в бытовой робототехнике.
Отдельное преимущество метода — простота схемы. Стандартная микросхема становится компактным и энергоэффективным источником сложного радиосигнала без дорогого генератора. Это может упростить внедрение технологии в носимые устройства, интерактивные панели и домашние роботизированные системы.
Авторы также показали устойчивость метода при потере части данных. Жест сжатия кулака сохранял стабильность распознавания выше 0,9 даже при потере трети входящего сигнала.
Исследование опубликовано в журнале Russian Technological Journal.
