Les ordinateurs rapides, les réseaux 5G et les radars qui traversent les murs rapprochent la « vision aux rayons X » de la réalité

Quelques secondes après avoir atteint une ville, les tremblements de terre peuvent causer d’immenses destructions: les maisons s’effondrent, les gratte-ciel se transforment en gravats, les gens et les animaux sont enterrés dans les débris.

Immédiatement après un tel carnage, le personnel d’urgence recherche désespérément tout signe de vie dans ce qui était autrefois une maison ou un bureau. Souvent, cependant, ils découvrent qu’ils creusaient dans le mauvais tas de gravats, et un temps précieux s’est écoulé.

Imaginez si les sauveteurs pouvaient voir à travers les débris pour repérer les survivants sous les décombres, mesurer leurs signes vitaux et même générer des images des victimes. Cela devient rapidement possible grâce à la technologie radar à vue à travers le mur. Les premières versions de la technologie qui indiquent si une personne est présente dans une pièce sont utilisées depuis plusieurs années, et certaines peuvent mesurer les signes vitaux, bien que dans de meilleures conditions que par les décombres.

Je suis un ingénieur électricien qui étudie les systèmes de communication et d’imagerie électromagnétiques. Moi et d’autres utilisons des ordinateurs rapides, de nouveaux algorithmes et des émetteurs-récepteurs radar qui collectent de grandes quantités de données pour permettre quelque chose de beaucoup plus proche de la vision aux rayons X de la science-fiction et des bandes dessinées. Cette technologie émergente permettra de déterminer combien d’occupants sont présents derrière un mur ou une barrière, où ils se trouvent, quels objets ils pourraient porter et, dans les applications policières ou militaires, même quel type de gilet pare-balles ils pourraient porter.

Analyse du monde, par des experts

Ces radars transparents pourront également suivre les mouvements des individus, ainsi que les fréquences cardiaques et respiratoires . La technologie pourrait également être utilisée pour déterminer à distance la disposition complète d’un bâtiment, jusqu’à l’emplacement des tuyaux et des fils dans les murs, et détecter les armes cachées et les pièges.

La technologie de la transparence des murs est en cours de développement depuis la guerre froide afin de remplacer les trous de forage à travers les murs pour l’espionnage. Il existe aujourd’hui sur le marché quelques produits commerciaux, comme le radar Range-R , qui sont utilisés par les forces de l’ordre pour suivre les mouvements derrière les murs.

Comment fonctionne le radar

Radar signifie détection et télémétrie radio. À l’aide d’ondes radio, un radar envoie un signal qui se déplace à la vitesse de la lumière. Si le signal heurte un objet comme un avion, par exemple, il est réfléchi vers un récepteur et un écho est vu sur l’écran du radar après un certain délai. Cet écho peut ensuite être utilisé pour estimer la localisation de l’objet.

En 1842, Christian Doppler , un physicien autrichien, a décrit un phénomène maintenant connu sous le nom d’ effet Doppler ou décalage Doppler, où le changement de fréquence d’un signal est lié à la vitesse et à la direction de la source du signal. Dans le cas original de Doppler, c’était la lumière d’un système d’étoiles binaires. Ceci est similaire au changement de hauteur d’une sirène lorsqu’un véhicule d’urgence fonce vers vous, vous dépasse puis s’éloigne. Le radar Doppler utilise cet effet pour comparer les fréquences des signaux transmis et réfléchis afin de déterminer la direction et la vitesse des objets en mouvement, comme les orages et les voitures à grande vitesse.

L’effet Doppler peut être utilisé pour détecter de minuscules mouvements, y compris les battements cardiaques et les mouvements thoraciques associés à la respiration . Dans ces exemples, le radar Doppler envoie un signal à un corps humain et le signal réfléchi diffère selon que la personne inspire ou expire, ou même en fonction de la fréquence cardiaque de la personne. Cela permet à la technologie de mesurer avec précision ces signes vitaux.

Comment le radar peut traverser les murs

Comme les téléphones portables, les radars utilisent des ondes électromagnétiques. Lorsqu’une vague frappe des murs solides comme des cloisons sèches ou des murs en bois, une fraction de celle-ci est réfléchie sur la surface. Mais le reste traverse le mur, en particulier à des fréquences radio relativement basses. L’onde transmise peut être totalement réfléchie si elle frappe un objet métallique ou même un humain, car la forte teneur en eau du corps humain le rend hautement réfléchissant.

Si le récepteur du radar est suffisamment sensible – beaucoup plus sensible que les récepteurs radar ordinaires – il peut capter les signaux qui sont réfléchis à travers le mur. En utilisant des techniques de traitement du signal bien établies, les réflexions d’objets statiques comme les murs et les meubles peuvent être filtrées, ce qui permet d’isoler le signal d’intérêt – comme l’emplacement d’une personne.

Un diagramme montrant un carré à gauche, un rectangle vertical au milieu et une sphère à droite.  Une série de quatre ondes sinusoïdales décroissantes passent du carré au mur, du mur à la sphère, de la sphère au mur et du mur au carré

La clé de l’utilisation du radar pour suivre des objets de l’autre côté d’un mur est d’avoir une antenne très sensible qui peut capter les ondes radio réfléchies considérablement diminuées. Abdel-Kareem Moadi , CC BY-ND

Transformer les données en images

Historiquement, la technologie radar a été limitée dans sa capacité à aider à la gestion des catastrophes et à l’application de la loi, car elle n’avait pas suffisamment de puissance ou de vitesse de calcul pour filtrer le bruit de fond des environnements complexes comme le feuillage ou les gravats et produire des images en direct.

Aujourd’hui, cependant, les capteurs radar peuvent souvent collecter et traiter de grandes quantités de données – même dans des environnements difficiles – et générer des images haute résolution des cibles. En utilisant des algorithmes sophistiqués, ils peuvent afficher les données en temps quasi réel. Cela nécessite des processeurs informatiques rapides pour traiter rapidement ces grandes quantités de données et des circuits à large bande capables de transmettre rapidement des données pour améliorer la résolution des images.

Les développements récents de la technologie sans fil à ondes millimétriques , de la 5G à la 5G + et au-delà, sont susceptibles de contribuer à améliorer encore cette technologie, en fournissant des images à plus haute résolution grâce à une bande passante plus large d’un ordre de grandeur. La technologie sans fil accélérera également les temps de traitement des données car elle réduit considérablement la latence, le temps entre la transmission et la réception des données.

Mon laboratoire développe des méthodes rapides pour caractériser à distance les caractéristiques électriques des murs, qui aident à calibrer les ondes radar et à optimiser les antennes pour faire passer les ondes plus facilement à travers le mur et rendre essentiellement le mur transparent aux ondes. Nous développons également le logiciel et le système matériel pour effectuer les analyses Big Data des systèmes radar en temps quasi réel.

Ce radar de laboratoire à pénétration de mur fournit plus de détails que les systèmes commerciaux actuels. Aly Fathy

Une meilleure électronique promet des radars portables

Les systèmes radar aux basses fréquences habituellement nécessaires pour voir à travers les murs sont encombrants en raison de la grande taille de l’antenne. La longueur d’onde des signaux électromagnétiques correspond à la taille de l’antenne. Les scientifiques ont poussé la technologie du radar transparent à des fréquences plus élevées afin de construire des systèmes plus petits et plus portables.

En plus de fournir un outil aux services d’urgence, aux forces de l’ordre et à l’armée, la technologie pourrait également être utilisée pour surveiller les personnes âgées et lire les signes vitaux des patients atteints de maladies infectieuses comme le COVID-19 depuis l’extérieur d’une chambre d’hôpital.

L’intérêt de l’armée américaine est une indication du potentiel du radar transparent. Ils recherchent une technologie capable de créer des cartes tridimensionnelles des bâtiments et de leurs occupants presque en temps réel. Ils recherchent même un radar transparent capable de créer des images des visages des personnes suffisamment précises pour que les systèmes de reconnaissance faciale identifient les personnes derrière le mur.

Que les chercheurs puissent ou non développer un radar transparent suffisamment sensible pour distinguer les gens par leur visage, la technologie est susceptible d’aller bien au-delà des taches sur un écran pour donner aux premiers intervenants quelque chose comme des pouvoirs surhumains.

Aly Fathy

Professeur de génie électrique, Université du Tennessee