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.
No rescaldo imediato de tal carnificina, o pessoal de emergência procura desesperadamente qualquer sinal de vida no que costumava ser um lar ou escritório. Muitas vezes, no entanto, eles descobrem que estavam cavando na pilha errada de escombros, e o tempo precioso passou.
Imagine se os socorristas pudessem ver através dos escombros para avistar sobreviventes sob os escombros, medir seus sinais vitais e até gerar imagens das vítimas. Isso está se tornando rapidamente possível usando a tecnologia de radar gangorudo. Versões iniciais da tecnologia que indicam se uma pessoa está presente em uma sala estão em uso há vários anos, e algumas podem medir sinais vitais, embora em melhores condições do que através de escombros.
Sou um engenheiro elétrico que pesquisa sistemas de comunicação eletromagnética e de imagem. 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 raios-X da ficção científica e dos quadrinhos. Esta tecnologia emergente permitirá determinar quantos ocupantes estão presentes atrás de uma parede ou barreira, onde estão, quais itens eles podem estar carregando e, no policiamento ou usos militares, até mesmo que tipo de armadura que eles podem estar usando.
Esses radares de parede também serão capazes de rastrear os movimentos dos indivíduos, e as taxas de coração e respiração. A tecnologia também poderia ser usada para determinar de longe todo o layout de um edifício, até a localização de tubos e fios dentro das paredes, e detectar armas escondidas e armadilhas.
A tecnologia see-through-wall está em desenvolvimento desde a Guerra Fria como uma maneira de substituir furos de perfuração através de paredes para espionagem. Existem alguns produtos comerciais no mercado hoje, como o radar Range-R, que são usados por policiais para rastrear o movimento atrás das paredes.
Como funciona o radar
Radar significa detecção de rádio e variação. Usando ondas de rádio, um radar envia um sinal que viaja à velocidade da luz. Se o sinal atingir um objeto como um plano, por exemplo, ele é refletido de volta em direção a um receptor e um eco é visto na tela do radar após um certo atraso de tempo. 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 mudança doPpler, onde 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 ao tom de mudança de uma sirene à medida que 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 velocidade dos objetos em movimento, como tempestades e carros em alta velocidade.
O efeito Doppler pode ser usado para detectar pequenos movimentos, incluindo batimentos cardíacos e movimento torácico associados à respiração. Nesses exemplos, o radar Doppler envia um sinal para um corpo humano, e o sinal refletido difere com base em se a pessoa está inalando ou exalando, 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 celulares, radares usam ondas eletromagnéticas. Quando uma onda atinge paredes sólidas como paredes de parede seca ou madeira, uma fração dela é refletida fora da superfície. Mas o resto viaja pela parede, especialmente em frequências de rádio relativamente baixas. A onda transmitida pode ser totalmente refletida se atingir um objeto de metal ou mesmo um humano, porque o alto teor de água do corpo humano o torna altamente reflexivo.
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 através da parede. Utilizando técnicas bem estabelecidas de processamento de sinais, 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.
Transformando dados em imagens
Historicamente, a tecnologia de radar tem sido limitada em sua capacidade de ajudar 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 folhagens ou escombros e produzir imagens ao vivo.
Hoje, no entanto, os sensores de radar podem muitas vezes coletar e processar grandes quantidades de dados – mesmo em ambientes severos – e gerar imagens de alta resolução de alvos. Usando algoritmos sofisticados, eles podem exibir os dados em quase 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 rapidamente dados para melhorar a resolução das imagens.
Os recentes desenvolvimentos da tecnologia sem fio de ondas milimétricas, de 5G a 5G+ e além, provavelmente ajudarão a melhorar ainda mais essa tecnologia, fornecendo imagens de maior resolução através da largura de banda mais ampla. A tecnologia sem fio também acelerará os tempos de processamento de dados porque reduz consideravelmente a latência, o tempo entre transmitir e receber dados.
Meu laboratório está desenvolvendo métodos rápidos para caracterizar remotamente as características elétricas das paredes, que ajudam na calibração das ondas de radar e otimizam 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 quase tempo real.
Melhores eletrônicos prometem radares portáteis
Os sistemas de radar nas baixas frequências geralmente necessárias 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. Cientistas têm empurrado a tecnologia de radar para frequências mais altas, a fim de construir sistemas menores e mais portáteis.
Além de fornecer uma ferramenta para serviços de emergência, aplicação da lei e militares, a tecnologia também poderia ser usada para monitorar os idosos e ler sinais vitais de pacientes com doenças infecciosas como o COVID-19 de fora de um quarto hospitalar.
Uma indicação do potencial do radar é o interesse do Exército dos EUA. Eles estão procurando por tecnologia que pode criar mapas tridimensionais de edifícios e seus ocupantes em quase tempo real. Eles estão até procurando por radares que possam criar imagens do rosto das pessoas que são precisas o suficiente para sistemas de reconhecimento facial identificarem as pessoas atrás da parede.
Se os pesquisadores podem ou não desenvolver radares que são sensíveis o suficiente para distinguir as pessoas por seus rostos, é provável que a tecnologia se mova muito além das bolhas em uma tela para dar aos socorristas algo como poderes sobre-humanos.
Aly Fathy, Professor de Engenharia Elétrica da Universidade do Tennessee
Este artigo é republicado a partir de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.