Un nuovo sensore radar rivoluzionario sviluppato all’Università della California
Un nuovo sensore radar rivoluzionario sviluppato all’Università della CaliforniaGli scienziati dell’Università della California, Davis, hanno sviluppato un sensore sperimentale che potrebbe segnare l’inizio di una nuova era per i radar a onde millimetriche. Il design di questo dispositivo è stato definito una “missione impossibile” resa possibile.
Il funzionamento dei radar a onde millimetriche
I radar a onde millimetriche sfruttano onde elettromagnetiche ad alta velocità, puntando gli oggetti per determinarne il movimento, la posizione e la velocità sulla base del riflesso di queste onde. Ciò che distingue le onde millimetriche è la loro elevata sensibilità ai movimenti minimi e la loro capacità di raccogliere dati da oggetti estremamente piccoli.
Il nuovo sensore utilizza un innovativo design di radar a onde millimetriche per rilevare vibrazioni mille volte più piccole e variazioni nella posizione di un bersaglio cento volte più piccole di un filo di capelli umano. Questo lo rende migliore o almeno paragonabile ai sensori più precisi al mondo. Tuttavia, a differenza dei suoi concorrenti, questo sensore ha le dimensioni di un seme di sesamo, è economico da produrre e ha una lunga durata della batteria.
Il team di ricerca
Il professor Omeed Momeni e il suo laboratorio nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica hanno guidato lo sforzo. Questo fa parte di un progetto in corso finanziato dalla Foundation for Food & Agriculture Research (FFAR) per sviluppare un sensore a basso costo in grado di monitorare lo stato idrico delle singole piante. Questo nuovo radar è la pietra miliare necessaria che dimostra che è possibile. Il lavoro è stato recentemente pubblicato sulla rivista IEEE Journal of Solid-State Circuits.
Le sfide delle onde millimetriche
L’onda millimetrica è la frequenza elettromagnetica tra le microonde e l’infrarosso, che varia da 30 a 300 gigahertz. Consente reti di comunicazione veloci, come il 5G, ed è desiderabile per le sue capacità di rilevamento a corto raggio. Tuttavia, può essere difficile da gestire a causa dell’alto consumo di energia e delle prestazioni limitate dei semiconduttori a queste frequenze.
Superare le sfide
Il team ha dovuto affrontare numerose sfide nel corso del primo anno di lavoro sul sensore, tra cui la difficoltà di isolare la fonte desiderata a causa dell’elevato rumore di fondo. A un certo punto, non erano sicuri di poter superare la sfida, dato che avrebbero dovuto costruire un chip radar che fosse 10 volte più potente e preciso rispetto al design attuale, cosa che sembrava dipendere da progressi tecnologici che potrebbero richiedere anni.
Un’idea rivoluzionaria
Hao Wang, uno studente di dottorato in ingegneria elettrica nel laboratorio di Momeni, ha avuto un’idea rivoluzionaria: perché non annullare il rumore con se stesso? Questo avrebbe teoricamente risolto il problema che i loro sensori stavano affrontando, e Wang stava completando un design di chip per la sua tesi per fare proprio questo.
Il laboratorio ha lavorato rapidamente per assemblare un prototipo per testare l’idea di Wang. Ha funzionato al primo tentativo. Il prototipo ha avuto successo perché ha permesso loro di gestire il volume del rumore ricevuto dal loro sensore come un semplice problema aritmetico. Hanno sottratto il rumore inutile mantenendo la sensibilità della loro misurazione e l’integrità dei loro dati.
Il futuro del sensore
Il chip di Wang è anche semplice da produrre e presenta un design unico che migliora notevolmente l’efficienza energetica del sensore a onde millimetriche. Questi ulteriori progressi potrebbero risolvere due dei problemi più significativi che affrontano i sensori a onde millimetriche: l’alto consumo di energia e le prestazioni limitate dei transistor a semiconduttore in termini di rumore, guadagno e potenza di uscita.
Mentre il team continua a perfezionare e iterare il loro design, sono entusiasti all’idea che altri ricercatori possano sperimentarlo. Oltre al loro progetto FFAR, pensano che abbia potenziale per rilevare l’integrità strutturale degli edifici e migliorare la realtà virtuale, ma credono che abbia molto più potenziale di quanto si rendano conto.