Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ đã tạo ra hệ thống quét radar dựa vào vi sóng. Sản phẩm này có cách thức sử dụng trái ngược với các thiết bị thu, phát. Hệ thống vô tuyến này sẽ tạo ra các video, hình ảnh theo thời gian thực. Cho dù vật thể được quét nằm phía sau một bức tường dày hoặc di chuyển với tốc độ siêu thanh. Công nghệ này nếu đưa vào ứng dụng sẽ là công cụ hỗ trợ đắc lực cho những nhân viên cứu hoả khi cần tìm các nạn nhân. Bên cạnh đó thiết bị này cũng có thể ứng dụng trong hàng loạt trường hợp khác. Hôm nay wxiztv.com xin gửi đến bạn đọc bài viết ‘Nhìn xuyên tường với công nghệ vi sóng mới’.
Hệ thống quét radar hoạt động dựa vào vi sóng
Hiện nay, nhóm nghiên cứu ở Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST). Tạo ra hệ thống quét radar mới sử dụng cấu hình trái ngược. Với một thiết bị thu và nhiều thiết bị phát. Hệ thống vô tuyến mới có thể tạo ra hình ảnh và video theo thời gian thực. Ngay cả khi vật thể ẩn sau bức tường hoặc di chuyển ở tốc độ siêu thanh. Công nghệ này có thể cho phép nhân viên phản ứng nhanh. Tìm người dễ dàng hơn ở tòa nhà đang cháy chứa đầy khói. Hoặc theo dõi mảnh vỡ rơi nhanh trong không gian. Các nhà nghiên cứu báo cáo chi tiết về hệ thống mới trên tạp chí Nature Communications hôm 25/6.
Hệ thống của NIST hoạt động dựa vào vi sóng. Vi sóng là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại. Nhưng ngắn hơn sóng vô tuyến. Chúng được sử dụng trong radar. Chẳng hạn thiết bị theo dõi tốc độ xe trên đường thường ứng dụng vi sóng. Nếu thu nhỏ bước sóng vi sóng hàng chục nghìn lần từ vi sóng ngắn nhất. Chúng ta có ánh sáng khả kiến. Tất cả đều nằm trong quang phổ điện từ. Và về cơ bản không có khác biệt nào giữa chúng ngoại trừ vi sóng.
Sử dụng bước sóng dài bạn có thể nhìn xuyên tường
Nhưng vi sóng cũng có một số lợi thế so với ánh sáng về mặt tạo ra hình ảnh. “Rõ ràng, chúng ta không thể nhìn xuyên qua bức tường. Bởi loại bước sóng mà mắt người quen thuộc. Không xuyên qua những vật thể như vậy”, Fabio da Silva, thành viên nhóm nghiên cứu ở NIST, cho biết. “Tuy nhiên, nếu sử dụng bước sóng dài hơn như vi sóng. Bạn có thể nhìn xuyên tường”.
Trên thực tế, đó là lý do tại sao bộ định tuyến có thể truyền. Tới mọi ngóc ngách trong nhà hoặc điện thoại di động bắt được tín hiệu dưới lòng đất. Bởi chúng kết nối với mạng Internet nhờ vi sóng truyền xuyên qua tường và nền nhà. Điều đó cũng có nghĩa hệ thống mới của nhóm nghiên cứu. Có thể xuyên qua vật liệu tương đối dày như tường khô và bê tông. Đồng thời không bị cản trở bởi thời tiết bất lợi như mây dày và mưa.
Tuy nhiên, radar truyền thống không hoạt động tốt. Trong việc nhanh chóng tạo hình ảnh chi tiết. Để thu được hình ảnh, hệ thống radar thường cần quét kiểu chiếu sáng. Làm chậm quá trình chụp ảnh, theo Mohammadreza Imani, nhà nghiên cứu chụp ảnh vi sóng, giáo sư ở Đại học Arizona, cho biết.
Ứng dụng tương tự radar siêu nhạy và siêu nhanh
Nhóm nghiên cứu ở NIST muốn chế tạo một hệ thống có thể vượt qua hạn chế đó. Họ lấy cảm hứng từ thiết bị mới mang tên “camera pixel đơn”, loại camera không có thấu kính. Chúng truyền ánh sáng, sử dụng thiết bị dò siêu nhạy và siêu nhanh để đo thời gian ánh sáng truyền trở lại. Một bộ phận quan trọng khác trong hệ thống của nhóm nghiên cứu dựa vào cách thức sóng va đập vào các vật thể để truyền tới thiết bị thu tín hiệu, gọi là kỹ thuật light-in-flight.
Ngoài chụp ảnh, kỹ thuật này còn được sử dụng trong phần mềm đồ họa 3D để tạo ra nhiều hình ảnh thực tế hơn. Nhóm nghiên cứu ở NIST điều chỉnh kỹ thuật để hoạt động với vi sóng. Đối với da Silva và đồng nghiệp, trở ngại lớn là tích hợp tất cả ý tưởng thành hệ thống quét có thể sử dụng được. Vì vậy, họ cần sự hỗ trợ từ định vị vệ tinh (GPS). Nhóm nghiên cứu sử dụng nhiều nguồn vi sóng và một đầu nhận, dựa vào thuật toán vi tính để kết nối tất cả với nhau.
Kết quả là một hệ thống có thể quét khu vực lớn cỡ căn hộ trên trung bình, sau đó tìm vật thể nhỏ tới một milimet trong vòng vài micro giây. Các nhà nghiên cứu hy vọng có thể sử hệ thống cho các ứng dụng tương tự radar như theo dõi vật thể di chuyển nhanh gấp 5 lần tốc độ âm thanh, bao gồm mảnh vỡ từ vụ nổ hoặc thiên thạch.
Vi sóng là gì?
Vi sóng có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số 1 GHz) đến 1 cm (tần số 30 GHz). Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) là rất tuỳ ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó vi ba là một phần của phổ tần số cao, được James Clerk Maxwell dự đoán năm 1864 từ các phương trình Maxwell nổi tiếng. Năm 1888, Heinrich Hertz đã chế tạo được thiết bị phát sóng radio, nhờ vậy lần đầu tiên chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ.
Thiết bị vi sóng chất rắn dựa trên chất bán dẫn như silicon hoặc arsenua galli. Và ngay cả các transistor hiệu ứng trường (FET), transistor tiếp xúc mặt lưỡng cực (BJT). Các diode Gunn và diode IMPATT (diode dòng thác va chạm có thời gian quá cảnh). Từ các transistor tiêu chuẩn người ta phát triển những linh kiện tốc độ cao hơn dùng trong các ứng dụng vi sóng. Biến thể vi sóng của transistor BJT có loại HBT (heterojunction bipolar transistor), biến thể vi sóng của transistor FET thì có loại MESFET (transistor hiệu ứng trường có màng bán dẫn kim loại), loại HEMT (còn gọi là HFET), và transistor LDMOS.
