Imec heeft een compact uiterst gevoelig 140 GHz MIMO-radarsysteem ontwikkeld. De MIMO-configuratie wordt gedemonstreerd voor gebarenherkenning, ter ondersteuning van intuïtieve mens-machine-interacties.
De ultrafijne resolutie van deze radar maakt detectie mogelijk van microhuidbewegingen gerelateerd aan vitale functies voor toepassingen zoals contactloze chauffeursbewaking of patiëntbewaking.
De belangrijkste onderscheidende kenmerken van imec's 140GHz radar-op-chip prototype systeem zijn de kleine afmetingen en hoge radarprestaties - in termen van resolutie en bewegingsgevoeligheid.
De radar werkt tot een bereik van 10 m, met een bereikresolutie van 15 mm en 10 GHz aan RF-bandbreedte.
Er zijn meerdere antennepaden opgenomen om een volledige (virtuele) 1 × 4 MIMO-configuratie mogelijk te maken om een hoekdoelscheiding te bereiken.
De zendontvangerchip is voorzien van on-chip antennes en is geïntegreerd in 28nm bulk-CMOS-technologie, waardoor een goedkope oplossing bij hoge volumeproductie wordt gegarandeerd. Deze eigenschappen maken het radarsysteem bijzonder aantrekkelijk voor toepassingen waarbij zeer nauwkeurige detectie op basis van kleine bewegingen de sleutel is.
Machine learning
Door machine learning-mogelijkheden toe te voegen, heeft imec nu de haalbaarheid van de radar aangetoond voor het detecteren en classificeren van kleine bewegingen op basis van Doppler-informatie.
"Dit opent nieuwe mogelijkheden, bijvoorbeeld voor het herkennen van gebaren voor intuïtieve mens-machine-interacties", zegt Barend van Liempd, R & D-manager bij imec. "Denk aan de AR / VR-ruimte, waar de nieuwe radar intuïtieve interactie met virtuele objecten kan ondersteunen. Bewegingsherkenning kan mogelijk ook een intuïtieve apparaatbesturing mogelijk maken - complementair aan bestaande interfaces zoals stembesturing of slimme aanraakschermen. "
Omdat het ongevoelig is voor lichtomstandigheden en privacy behoudt (een radar kan tot nu toe geen mensen herkennen), heeft een radaroplossing bijzondere voordelen ten opzichte van andere soorten bewegingssensoren, bijvoorbeeld infraroodcamera's op basis van tijdvluchten. En omdat het uiterst compact is, kan het 140 GHz radarsysteem van Imec onzichtbaar worden geïntegreerd in bijna elk apparaat, zoals laptops, smartphones of schermbevestigingen.
Imec heeft een specifiek machine learning algoritme ontwikkeld op basis van een meerlagig neuraal netwerk inclusief een LSTM-laag en gebruikt onder toezicht leren om het inferentiemodel te trainen met behulp van interne gelabelde opnames van meer dan 25 personen, waaronder verschillende opnames voor elk van de 7 verschillende gebaren. Tegen de experimentele dataset classificeert het model de opgenomen 7 gebaren en voorspelt het juiste gebaar op zijn minst 94% van de tijd.
Naast gebaren kunnen ook vitale functies met zeer hoge precisie worden gemeten dankzij de hoge radiofrequentie. Daarom is de radar een uitstekende kandidaat voor vitale signaalbewakingssystemen in de auto, zodat contactloos volgen van de bestuurdersstatus mogelijk is, bijvoorbeeld om in slaap vallen, abnormale stressniveaus te detecteren of mogelijk ongelukken als gevolg van acute gezondheidsrisico's, bijvoorbeeld hart, te voorkomen of epilepsie-aanvallen. Een andere mogelijke toepassing is het monitoren van kleine kinderen met bewegingsdetectie en detectie van vitale functies, zelfs wanneer het kind wordt bedekt door een deken en slaapt, bijvoorbeeld om een waarschuwing te geven als een kind onbedoeld in een voertuig wordt achtergelaten.
MIMO-radar
Om de gegevensrijkdom en ruimtelijke informatie te vergroten, bouwt imec momenteel aan een 4 × 4 MIMO-radarsysteem, waarvoor een nieuwe generatie radarchips in ontwikkeling is - waarbij de TX en RX als afzonderlijke chips worden geïntegreerd. Dit biedt een grotere flexibiliteit bij het distribueren van de MIMO-arrayelementen over het beschikbare gebied. Er zal ook worden onderzocht of de functionaliteit van de stand-alone radarchips kan worden verhoogd om MIMO-systemen met nog grotere reeksen chips mogelijk te maken.
Imec's 140 GHz-radar werd ontwikkeld in haar open innovatie R & D-samenwerkingsprogramma op radartechnologie. Geïnteresseerde bedrijven kunnen deelnemen aan het programma of in een bilateraal R & D-project, of een licentie krijgen voor de technologische bouwstenen.
