Le soulagement peut être à l'horizon pour quiconque a déjà sauté dans une pièce comme un jack-in-the-box pour que les lumières à détection de mouvement se rallument, grâce à un nouveau capteur de mouvement basé sur des métamatériaux suffisamment sensibles pour surveiller la respiration d'une personne.

Dans une paire de nouvelles études, des chercheurs de Duke University et de l'Institut Langevin, La France, ont montré que les modèles créés par les ondes radio peuvent détecter la présence et l'emplacement d'une personne n'importe où dans une pièce.

Les résultats sont apparus récemment dans Rapports scientifiques et le 6 août dans le Lettres d'examen physique .

Cette nouvelle technologie de détection de mouvement pourrait conduire à de nouveaux appareils domestiques intelligents pour des économies d'énergie, Sécurité, soins de santé et jeux.

"Les entreprises énergétiques n'aiment pas les détecteurs de mouvement infrarouges car elles ont beaucoup de problèmes, " a déclaré David R. Smith, le professeur James B. Duke de génie électrique et informatique à Duke. "L'espace qu'ils peuvent couvrir est limité, une personne doit être dans son champ de vision pour être détectée, et probablement tout le monde a eu l'expérience où les lumières se sont éteintes parce qu'ils sont restés assis trop longtemps. Les ondes radio peuvent contourner toutes ces limitations."

Dans leur article initial publié plus tôt cette année, les chercheurs ont tiré parti des motifs créés par les ondes radio rebondissant autour d'une pièce et interférant avec elles-mêmes. Ces motifs uniques changent à la moindre perturbation des objets de la pièce, permettant à une antenne sensible de détecter quand quelque chose bouge ou pénètre dans la pièce. Et en comparant comment ces modèles changent au fil du temps, ils peuvent également être utilisés pour détecter des mouvements cycliques comme la rotation d'une pale de ventilateur ou même une personne qui respire.

Dans le dernier article, l'équipe montre qu'avec un peu d'entraînement, le système peut également extraire les informations nécessaires pour localiser des objets ou des personnes dans un espace. Le système de démonstration a appris la configuration des ondes radio diffusées par un bloc triangulaire placé dans 23 positions différentes sur un sol. Ce calibrage suffit non seulement pour distinguer les 23 scénarios appris, mais aussi de distinguer les positions de trois blocs identiques placés dans l'un quelconque des 1, 771 configurations possibles.

La technologie fonctionne en tirant parti du comportement des ondes radio dans une pièce fermée. Leur capacité à se refléter en continu sur plusieurs surfaces crée des motifs d'interférence complexes dans une pièce. Autrefois, cette complexité a été un obstacle pour les systèmes essayant de localiser l'origine d'un signal. Mais Smith et ses collègues ont maintenant montré que cette même complexité peut être exploitée pour détecter un mouvement et localiser des objets dans une pièce.

"La complexité de la façon dont les ondes radio rebondissent dans une pièce et interfèrent avec elles-mêmes crée une sorte d'empreinte digitale, " a expliqué Philipp del Hougne, un chercheur visitant le laboratoire de Smith de l'Institut Langevin à Paris, La France. "Et chaque fois qu'un objet dans une pièce bouge, même un peu, cette empreinte digitale change."

Le défi consiste à trouver le moyen le plus efficace d'encrer cette empreinte digitale en premier lieu. Cela demande beaucoup d'informations, del Hougne a expliqué, et il y a plusieurs façons traditionnelles de le faire, mais ils ont tous des inconvénients.

Un grand nombre d'antennes pourraient être installées dans de nombreux endroits autour d'une pièce pour prendre plusieurs mesures, mais ce serait coûteux et peu pratique. Une autre tactique serait de mesurer de nombreuses fréquences différentes, car chacun rebondit dans une pièce d'une manière unique. Cette approche, cependant, créerait probablement des interférences avec d'autres signaux d'ondes radio comme le Wi-Fi et le Bluetooth fonctionnant dans une pièce.

La solution des chercheurs consiste à contrôler dynamiquement la forme des ondes à l'aide de métamatériaux, des matériaux artificiels qui manipulent les ondes comme la lumière et le son grâce aux propriétés de leur structure. Une antenne en métamatériau à panneau plat peut façonner des ondes dans des configurations arbitraires et créer de nombreux fronts d'ondes différents en succession rapide.

"Peu importe ce que sont ces formes de vagues particulières, " a déclaré Smith. " Tant qu'ils sont divers, le détecteur captera suffisamment de motifs différents pour déterminer si quelque chose est là et où il se trouve."

"Il existe d'autres technologies qui pourraient atteindre des capacités de mise en forme de front d'onde similaires, mais ils sont beaucoup plus chers à la fois en termes de coût et de consommation d'énergie, " a déclaré Mohammadreza Imani, un boursier postdoctoral dans le laboratoire de Smith qui a également travaillé sur les papiers. « Des études ont montré que la possibilité d'ajuster la température d'une pièce lorsque les gens partent et reviennent peut réduire la consommation d'énergie d'environ 30 %. Mais si vous essayez d'économiser de l'énergie en dépensant plus d'énergie pour changer le diagramme d'antenne, alors vous n'aidez pas."

Et les économies d'énergie ne sont peut-être que la pointe de l'iceberg. La possibilité de compter le nombre de personnes dans une pièce, distinguer les positions du corps et surveiller les schémas respiratoires a également des applications potentielles en matière de sécurité, soins de santé et jeux.

Les scientifiques français du projet ont créé une start-up connexe appelée Greenerwave.

"Alors que nous continuons définitivement avec l'angle de l'énergie, nous verrons aussi où la recherche nous mène, " dit Smith.