본문 바로가기
카테고리 없음

튕기는 파도가 물체의 위치를 ​​정확히 찾아냅니다.

by 디기릭티틱티 디기릭티틱티 2021. 8. 28.

튕기는 파도가 물체의 위치를 ​​정확히 찾아냅니다.

에코 챔버는 근접 조사 없이 물체에 대한 소규모 정보를 캡처합니다.

장파장 전자기파 또는 음파를 사용하여 고해상도로 물체를 이미지화하거나 찾으려고 시도하는 것은 실패할 운명처럼 보일 수 있습니다. 물체 가까이에 프로브를 배치하는 트릭이 있으며 근접 프로브를 피하는 몇 가지 특수 기술이 있습니다. 그러나 이제 연구원들은 물체를 포함하는 반향실에서 파도가 튀도록 함으로써 고해상도로 작은 물체의 위치를 ​​결정할 수 있음을 보여주었습니다[ 1 ]. 이미징 마이크로파 파장의 1/76에 대한 정밀도는 클로즈업 프로브가 없을 때 이미징 전문가가 일반적으로 기대하는 반파장 분해능 한계를 훨씬 초과합니다. 이 기술은 방과 같은 잔향 환경 내에서 고해상도 이미징 또는 위치 파악으로 이어질 수 있습니다.

 

5MHz 의료용 초음파 빔은 0.3mm의 파장보다 훨씬 작은 특징을 분해할 수 없습니다. 빛을 이용한 기존의 이미징도 마찬가지로 파장에 의해 제한됩니다. 더 작은 규모의 특징에 대한 정보는 이미지화되는 물체의 약 파장 내에서 감쇠하는 더 짧은 파장의 반사에 포함됩니다. 따라서 대부분의 고해상도 이미징 기술은 물체 가까이에 프로브를 배치해야 합니다.

 

그러나 하위 파장 정보는 물체에서 멀리서도 얻을 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 연구자들은 침습적 프로브나 기타 주변 조작 없이 서브파장 이미징을 수행하는 몇 가지 방법을 생각해 냈지만 다소 복잡하다고 프랑스 Rennes 대학의 Philipp del Hougne이 말했습니다. 그와 그의 동료들이 개발한 기술은 더 간단하고 더 많은 상황에서 사용할 수 있습니다.

 

이 방법은 소위 코딩된 조리개 개념을 기반으로 합니다. 이 이미징 접근 방식의 한 가지 버전은 물체에 파동을 조준하고 물체와 단일 픽셀 검출기 사이에 산란 구조를 배치하는 것입니다. 예를 들어, 불규칙한 모양의 금속 공동은 마이크로파의 산란 구조가 될 수 있습니다. 산란 구조가 다양한 패턴의 파동을 차단하도록 마스킹된 다음 데이터를 처리하여 완전한 이미지를 재구성하기 때문에 연구원은 검출기에서 여러 번 판독할 수 있습니다.

 

일반적인 coded 조리개 이미징에서 이미징 소스의 파동은 검출기에 도달하기 전에 한 번만 물체와 조우합니다. 그러나 파도가 어떻게든 물체와 여러 번 상호 작용할 수 있다면 반사 패턴은 파장 이하의 세부 사항에 더 민감할 것이라고 연구팀은 잘 알려진 파동 산란 원리를 기반으로 추론했습니다. 이미징 중 물체-파동 상호작용의 수를 늘리기 위해 del Hougne과 그의 동료들은 산란 구조 내부에 물체를 배치하기로 결정했습니다.

 

연구원들은 금속 상자 내부의 금속 큐브의 위치를 ​​결정하는 개념 증명 실험을 수행했습니다. 너비가 4.5cm인 큐브를 턴테이블 위에 올려 상자 내에서 이동할 수 있었습니다. 미터 너비의 상자에는 무작위 산란 표면을 제공하는 불규칙한 모양의 구조와 함께 파장 12cm의 마이크로파를 방출 및 수신하기 위한 안테나도 포함되어 있습니다. 메타표면(metasurface)이라고 하는 상자에 프로그래밍 가능한 반사 요소 어레이를 사용하여 연구원들은 코딩된 조리개 이미징에 필요한 대로 마이크로파의 산란을 변경할 수 있었습니다.

 

실험에서 연구원들은 일련의 무작위 메타표면 구성 동안 수신기에서 마이크로파의 진폭을 측정했습니다. 첫째, 그들은 "알려진" 큐브 위치를 기반으로 측정값을 디코딩하도록 신경망을 훈련했습니다. 그런 다음 큐브를 "알 수 없는" 위치로 이동하고 신경망을 사용하여 큐브의 위치를 ​​파장의 1/760.16cm 이내로 재구성했습니다.

 

상자의 상단이 열리고 닫히고 부분적으로 열린 상태에서 실험을 반복함으로써 팀은 잔향파가 상자에 가장 오랫동안 머무를 때 가장 정확한 위치 파악이 발생했음을 확인했습니다. "[상자]에서 파도가 더 오래 반사될수록 물체와 더 자주 마주치게 되며 하위 파장 세부 사항에 더 민감해집니다."라고 그는 설명합니다.

 

그림 캡션

그림을 펼치다

디스플레이

아이디어를 테이블에 올려 놓습니다. 반향실에서 고해상도 위치 측정에 대한 새로운 시연은 일반 탁상에서 손가락 탭을 감지하는 미래의 터치 스크린이 위치 측정 해상도를 향상시킬 수 있음을 시사합니다.

Duke University의 전기 및 컴퓨터 엔지니어인 Steven Cummer는 깊은 인상을 받았지만 조심스러웠습니다. "이것은 개념 데모이며 실제 응용 프로그램에서 작동하도록 만드는 방법을 파악하는 데 많은 어려움이 있습니다."라고 그는 말합니다. "하지만 아이디어는 영리합니다."

 

이 기술은 다양한 유형의 파동 현상에 적용될 수 있다고 del Hougne은 말합니다. 미래의 장치는 일반 방을 반향실로 사용하여 전파나 음파를 통해 물체를 찾을 수 있습니다. 이 방법은 표면에 반향하는 탄성파를 사용하여 탁상을 대화형 터치 스크린으로 변환하는 시스템을 개선하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 파동은 손가락 탭의 위치를 ​​파악하는 데 사용될 수 있으며, 새로운 결과는 그러한 시스템이 이전에 가정한 반파장 한계보다 훨씬 더 나은 해상도를 제공할 수 있음을 시사합니다.

댓글0