A tecnologia UWB aumenta a precisão com RF digital e correção baseada em ML

A Imec disse esta semana que desenvolveu a tecnologia de banda ultralarga (UWB) de próxima geração que usa RF digital e aprendizado de máquina para atingir uma precisão de menos de 10 cm em ambientes desafiadores, consumindo 10 vezes menos energia do que as implementações de hoje.

O centro de pesquisa e inovação anunciou duas inovações de seu programa de pesquisa de proximidade segura para tecnologia de alcance de precisão muito alta e segura. Um é baseado em hardware, com um design de circuito RF de estilo digital, como seu loop totalmente digital de fase bloqueada (PLL), para atingir um baixo consumo de energia de menos de 4mW / 20mW (Tx / Rx), que afirma ser alto a 10 vezes melhor do que as implementações de hoje. O segundo são aprimoramentos baseados em software que utilizam algoritmos de correção de erros baseados em aprendizado de máquina para permitir uma precisão de alcance inferior a 10 cm em ambientes desafiadores.

Explicando o contexto, imec disse que a tecnologia de banda ultralarga é atualmente bem adequada para suportar uma variedade de casos de uso de alta precisão e alcance sem fio seguro, tais como as soluções de 'bloqueio inteligente' comumente aplicadas no setor automotivo; ele destrava automaticamente as portas de um carro conforme seu dono se aproxima, enquanto tranca o carro quando o dono se afasta.

Benefícios e desafios UWB (Imagem:imec)

No entanto, apesar de seus benefícios, como ser inerentemente mais difícil de comprometer do que algumas alternativas, seu potencial permaneceu amplamente inexplorado por causa de seu maior consumo de energia e maior pegada. Portanto, a imec disse que as inovações de hardware e software que introduziu marcam um passo importante para desbloquear todo o potencial da tecnologia e abre a oportunidade para serviços de microlocalização além do acesso sem chave seguro que tem sido amplamente promovido até agora, para AR / VR jogos, rastreamento de ativos e robótica.

Christian Bachmann, gerente de programa da imec, disse:“O consumo de energia do UWB, o tamanho do chip e o custo associado têm sido fatores proibitivos para a adoção da tecnologia, especialmente quando se trata da implantação de aplicativos de alcance sem fio. “Os novos desenvolvimentos do chip UWB da Imec resultam em uma redução significativa da área de cobertura da tecnologia com base em conceitos de RF de estilo digital:fomos capazes de integrar um transceptor inteiro - incluindo três receptores para medições de ângulo de chegada - em uma área de menos de 1 mm². ”

Ele acrescentou que isso ocorre quando implementado em nós de processo de semicondutores avançados aplicáveis ​​a dispositivos de nós sensores de IoT. O novo chip também é compatível com o novo padrão IEEE 802.15.4z suportado por consórcios da indústria de alto impacto, como o Car Connectivity Consortium (CCC) e Fine Ranging (FiRa).

Complementando os desenvolvimentos de hardware, os pesquisadores do IDLab (um grupo de pesquisa imec da Universidade de Ghent) criaram melhorias baseadas em software que melhoram significativamente o desempenho de alcance sem fio do UWB em ambientes desafiadores. Isso ocorre principalmente em fábricas ou depósitos onde pessoas e máquinas se movem constantemente, e com obstáculos metálicos causando reflexos massivos - todos os quais impactam a qualidade da localização do UWB e medições de distância.

Usando o aprendizado de máquina, ele criou algoritmos de seleção de âncora inteligente que detectam a linha de visão (não) entre as âncoras UWB e os dispositivos móveis que estão sendo rastreados. Com base nesse conhecimento, a qualidade da variação é estimada e os erros de variação são corrigidos. A abordagem também vem com recursos de aprendizado de máquina que permitem o ajuste adaptativo dos parâmetros da camada física da rede, o que permite que etapas apropriadas sejam iniciadas para mitigar esses erros de alcance - por exemplo, ajustando os rádios das âncoras.

Obstáculos e efeitos fora da linha de visão podem afetar a qualidade da localização do UWB e medições de distância. No chip, o ML (aprendizado de máquina) pode corrigir erros conforme mostrado nesses dois exemplos. (Imagem:imec)

O professor Eli De Poorter do IDLab disse:“Já demonstramos uma precisão de faixa UWB superior a 10 cm em ambientes industriais tão desafiadores, o que é um fator de duas melhorias em comparação com as abordagens existentes. Além disso, embora os casos de uso de localização UWB sejam tipicamente personalizados e muitas vezes dependam da configuração manual, nosso software de seleção de âncora inteligente funciona em qualquer cenário - conforme é executado na camada de aplicativo. ”

Por meio dessas configurações adaptativas, os chips UWB de baixa potência e alta precisão de próxima geração podem ser utilizados em uma ampla gama de outras aplicações, como rastreamento de contato aprimorado durante epidemias, usando dispositivos pequenos e que reconhecem a privacidade.

Na verdade, a imec já licenciou a tecnologia para seu spin-off Lopos, que lançou um wearable que permite a aplicação do distanciamento social da Covid-19, alertando os funcionários por meio de um alarme sonoro ou tátil quando eles estão violando as diretrizes de distância de segurança ao se aproximarem .

Escolhendo UWB em vez de Bluetooth, o wearable SafeDistance da Lopos opera como uma solução autônoma que pesa 75 ge tem uma vida útil da bateria de 2 a 5 dias. O dispositivo baseado na tecnologia UWB permite medição de distância segura e altamente precisa (margem de erro <15 cm). Quando dois wearables se aproximam, a distância exata entre os dispositivos (que é ajustável) é medida e um alarme é ativado quando uma distância mínima de segurança não é respeitada.

Por ser autônomo, nenhum dado pessoal é registrado e não há necessidade de gateway, servidor ou outra infraestrutura. Lopos já aumentou a produção para atender à demanda do mercado, com vários pedidos em grande escala recebidos nas últimas semanas de empresas ativas em uma ampla gama de setores diferentes.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times.