نظام رادار جديد يكتشف حركات تنفس البشر من خلال الخرسانة

عندما تقع كارثة وتنهار المباني، من المهم تحديد مكان الناجين في أسرع وقت ممكن. يتم استكشاف مجموعة واسعة من الحلول التقنية للمساعدة في جعل عملية البحث والإنقاذ أسرع وأكثر كفاءة – ومن الأمثلة على ذلك الروبوتات المتنقلة التي يمكنها الضغط عبر المساحات الصغيرة. ومع ذلك، فإن هذه الروبوتات ليست مفيدة في المواقف التي يوجد فيها جدار صلب من الخرسانة بين فريق البحث والإنقاذ والضحية.

لمعالجة هذه المشكلة، طور باحثون من تايوان وإندونيسيا تقنية جديدة تستخدم الرادار لاكتشاف تنفس الشخص من خلال جدار خرساني. تظهر التجارب أنه عندما يكون الإنسان خلف جدار خرساني نصف متر، يمكن اكتشاف موقعه بدقة كبيرة: لا يزيد عرض أي خطأ بشكل عام عن حوالي 3.375 سم من الموضع الفعلي لتجويف صدر الشخص. تم وصف النتائج التي حصل عليها الباحثون باستخدام نظام الاستشعار الخاص بهم في ورقة نُشرت في 11 يوليو في مجلة IEEE Sensors Journal .

Aloysius Adya Pramudita هو أستاذ مشارك في مركز الاستشعار الذكي لإنترنت الأشياء ، جامعة Telkom في إندونيسيا، والذي شارك في البحث. وأشار إلى أن إندونيسيا تقع عند نقطة التقاء العديد من الصفائح التكتونية، مما يجعل البلاد عرضة للكوارث مثل الزلازل. يشرح قائلاً: “يتعامل بحثنا مع مشكلات ما بعد الكارثة وأنشطتها”. “الهدف هو تقليل الخسائر [في الأرواح] وتسريع [التعافي].”

غالبًا ما يُنظر إلى الرادار في تقنية البحث والإنقاذ نظرًا لقدرته على اختراق الأجسام الكثيفة السميكة مثل الخرسانة. كما أنه حساس بدرجة كافية، من خلال تأثير دوبلر، لاكتشاف الحركات الدقيقة لصدر الشخص أثناء التنفس. وعندما يصطدم الرادار القياسي من النوع الذي يستخدمه الأطباء في المكاتب الطبية بالحواجز والأنقاض بين فريق الإنقاذ وضحية الكارثة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تغيير مرحلة الإشارة واتساعها، مما يؤدي إلى تشويهها.

تغلب فريق Pramudita على هذه المشكلة من خلال تطوير تقنية باستخدام رادار الموجة المستمرة بتشكيل التردد (FMCW)، والذي يأخذ قياسين. يتم استخدام القياس الأول لتقدير تشوه الإشارة الناتج عن جسم كبير، بينما يتم ضبط خوارزمية لهذا التشوه. ثم يتم استخدام قياس الرادار الثاني لاكتشاف تنفس الشخص وتقدير موقعه خلف الجسم، مع مراعاة التشوه المتوطن في القياس الأول. فيما يتعلق بالأجهزة، فإن النهج يحتاج فقط إلى نظام FMCW وجهاز كمبيوتر صغير للحساب وبطارية ليثيوم 12 فولت للطاقة.

اختبر الباحثون أسلوبهم مع أربعة متطوعين ، يرقدون خلف جدار خرساني بسمك 20 أو 40 سم. تظهر النتائج أن الجدران السميكة تخفف إشارة الرادار أكثر؛ و لايزال النظام قادرًا على اكتشاف الشخص وتحديد موقعه في نطاق بضعة سنتيمترات. تشير البيانات إلى أن الحد الأقصى للعمق الذي يمكن لنظام FMCW المقترح من خلاله اكتشاف الضحية خلف جدار خرساني هو 3.28 متر.

يقول براموديتا: “تتغلب طريقتنا المقترحة بنجاح على مشكلة العقبة، ويمكن اكتشاف إشارة التنفس الحيوية [التي تشير إلى وجود] الضحية الحية”، مشيرًا إلى أن فريقه يتعاون حاليًا مع شركاء الصناعة لتسويق التكنولوجيا. ويقول إن الفريق مهتم أيضًا بدمج نهج الرادار مع التكنولوجيا المستقلة، مثل الروبوتات والطائرات بدون طيار.

تشرح براموديتا أن إضافة هذه الوظيفة إلى الطائرات بدون طيار والروبوتات “ستدعم جهود البحث عن الضحايا باستخدام نظام الرادار المقترح للوصول إلى المناطق أو المواقع التي يصعب الوصول إليها من قبل البشر، وبالتالي ستسرع عملية البحث”.