Imec hat ein kompaktes hochempfindliches 140-GHz-MIMO-Radarsystem entwickelt. Das MIMO-Setup dient zur Gestenerkennung und unterstützt intuitive Mensch-Maschine-Interaktionen.
Die ultrafeine Auflösung dieses Radars ermöglicht die Erkennung von Mikro-Hautbewegungen im Zusammenhang mit Vitalfunktionen für Anwendungen wie berührungslose Fahrerüberwachung oder Patientenüberwachung.
Die Hauptunterscheidungsmerkmale des 140-GHz-Radar-On-Chip-Prototyp-Systems von imec sind seine geringe Größe und seine hohe Radarleistung - in Bezug auf Auflösung und Bewegungsempfindlichkeit.
Das Radar arbeitet mit einer Reichweite von bis zu 10 m, einer Entfernungsauflösung von 15 mm und einer HF-Bandbreite von 10 GHz.
Es sind mehrere Antennenpfade integriert, um eine vollständige (virtuelle) 1 × 4-MIMO-Konfiguration zum Erreichen einer Winkelzieltrennung zu ermöglichen.
Der Transceiver-Chip verfügt über On-Chip-Antennen und ist in die 28-nm-Bulk-CMOS-Technologie integriert. Dies gewährleistet eine kostengünstige Lösung für die Massenproduktion. Diese Eigenschaften machen das Radarsystem besonders attraktiv für Anwendungen, bei denen eine hochpräzise, auf kleinen Bewegungen basierende Erkennung von entscheidender Bedeutung ist.
Maschinelles lernen
Durch das Hinzufügen von Funktionen zum maschinellen Lernen hat imec nun die Machbarkeit des Radars zum Erkennen und Klassifizieren kleiner Bewegungen auf der Basis von Doppler-Informationen demonstriert.
„Dies eröffnet beispielsweise neue Möglichkeiten für die Erkennung von Gesten für intuitive Mensch-Maschine-Interaktionen“, sagt Barend van Liempd, F & E-Manager bei imec. „Denken Sie an den AR / VR-Raum, in dem das neue Radar die intuitive Interaktion mit virtuellen Objekten unterstützen kann. Die Gestenerkennung kann möglicherweise auch eine intuitive Gerätesteuerung ermöglichen - ergänzend zu vorhandenen Schnittstellen wie der Sprachsteuerung oder Smart-Touchscreens. “
Eine Radarlösung ist unempfindlich gegenüber Lichtverhältnissen und schützt die Privatsphäre (ein Radar kann Menschen bisher nicht erkennen). Sie bietet besondere Vorteile gegenüber anderen Arten von Bewegungssensoren, z. B. flugzeittauglichen Infrarotkameras. Das 140-GHz-Radarsystem von imec ist äußerst kompakt und lässt sich unsichtbar in nahezu jedes Gerät integrieren, z. B. in Laptops, Smartphones oder Bildschirmblenden.
Imec hat einen speziellen Algorithmus für maschinelles Lernen entwickelt, der auf einem mehrschichtigen neuronalen Netzwerk einschließlich einer LSTM-Schicht basiert und mithilfe von überwachtem Lernen das Inferenzmodell trainiert, indem firmenintern etikettierte Aufzeichnungen von mehr als 25 Personen verwendet werden, einschließlich mehrerer Erfassungen für jede von 7 verschiedenen Gesten. Gegenüber dem experimentellen Datensatz klassifiziert das Modell die aufgezeichneten 7 Gesten und sagt in mindestens 94% der Fälle die richtige Geste voraus.
Neben Gesten können dank der hohen Funkfrequenz auch Vitalfunktionen mit sehr hoher Präzision gemessen werden. Daher ist das Radar ein hervorragender Kandidat für Systeme zur Überwachung der Vitalfunktionen im Auto, mit denen der Zustand des Fahrers berührungslos verfolgt werden kann, z. B. um das Einschlafen oder abnormale Belastungsniveaus zu erkennen oder um Unfälle aufgrund akuter Gesundheitsrisiken, z. B. eines Herzens, zu verhindern oder Epilepsieanfälle. Eine weitere mögliche Anwendung ist die Überwachung kleiner Kinder mithilfe der Bewegungs- und Vitaldatenerfassung, auch wenn das Kind von einer Decke bedeckt ist und schläft, z. B. um einen Alarm auszulösen, falls ein Kind unbeabsichtigt in einem Fahrzeug gelassen wird.
MIMO-Radar
Um den Datenreichtum und die räumlichen Informationen zu erweitern, baut imec derzeit ein 4 × 4-MIMO-Radarsystem, für das eine neue Generation von Radarchips entwickelt wird - TX und RX als separate Chips. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Verteilung der MIMO-Array-Elemente auf den verfügbaren Bereich. Es wird auch untersucht, ob die Funktionalität der eigenständigen Radarchips verbessert werden kann, um MIMO-Systeme mit noch größeren Chip-Arrays zu ermöglichen.
Das 140-GHz-Radar von Imec wurde im Rahmen seines Forschungs- und Entwicklungs-Kooperationsprogramms für Radartechnologie entwickelt. Interessierte Unternehmen können am Programm oder an einem bilateralen FuE-Projekt teilnehmen oder die Technologiebausteine lizenzieren.
