La tecnología UWB aumenta la precisión con RF digital y corrección basada en ML

Imec dijo esta semana que ha desarrollado tecnología de banda ultraancha (UWB) de próxima generación que utiliza RF digital y aprendizaje automático para lograr una precisión de rango de menos de 10 cm en entornos desafiantes mientras consume 10 veces menos energía que las implementaciones actuales.

El centro de investigación e innovación anunció dos nuevas innovaciones de su programa de investigación de proximidad segura para una tecnología de alcance segura y de muy alta precisión. Uno está basado en hardware, con un diseño de circuito de RF de estilo digital, como su bucle de bloqueo de fase totalmente digital (PLL), para lograr un bajo consumo de energía de menos de 4 mW / 20 mW (Tx / Rx), que según afirma está activo 10 veces mejor que las implementaciones actuales. El segundo son mejoras basadas en software que utilizan algoritmos de corrección de errores basados ​​en aprendizaje automático para permitir una precisión de rango de menos de 10 cm en entornos desafiantes.

Explicando el contexto, imec dijo que la tecnología de banda ultraancha es actualmente adecuada para admitir una variedad de casos de uso de alcance inalámbrico seguro y de alta precisión, como las soluciones de "cerradura inteligente" que se aplican comúnmente en la automoción; abre automáticamente las puertas de un automóvil cuando su propietario se acerca, mientras que bloquea el automóvil cuando el propietario se aleja.

Beneficios y desafíos de UWB (Imagen:imec)

Sin embargo, a pesar de sus beneficios, como ser intrínsecamente más difícil de comprometer que algunas alternativas, su potencial ha permanecido en gran parte sin explotar debido a su mayor consumo de energía y su mayor huella. Por lo tanto, imec dijo que las innovaciones de hardware y software que ha introducido marcan un paso importante para desbloquear todo el potencial de la tecnología y abre la oportunidad para los servicios de micro-localización más allá del acceso seguro sin llave que se ha promocionado ampliamente hasta ahora, a AR / VR. juegos, seguimiento de activos y robótica.

Christian Bachmann, gerente de programa de imec, dijo:“El consumo de energía de UWB, el tamaño del chip y el costo asociado han sido factores prohibitivos para la adopción de la tecnología, especialmente cuando se trata de la implementación de aplicaciones de alcance inalámbrico. “Los nuevos desarrollos de chips UWB de Imec dan como resultado una reducción significativa de la huella de la tecnología basada en conceptos de RF de estilo digital:hemos podido integrar un transceptor completo, incluidos tres receptores para mediciones de ángulo de llegada, en un área de menos de 1 mm² ”.

Añadió que esto ocurre cuando se implementa en nodos de proceso de semiconductores avanzados aplicables a dispositivos de nodos de sensores de IoT. El nuevo chip también cumple con el nuevo estándar IEEE 802.15.4z respaldado por consorcios industriales de alto impacto, como el Car Connectivity Consortium (CCC) y Fine Ranging (FiRa).

Para complementar los desarrollos de hardware, los investigadores de IDLab (un grupo de investigación de imec en la Universidad de Ghent) han desarrollado mejoras basadas en software que mejoran significativamente el rendimiento de alcance inalámbrico de UWB en entornos desafiantes. Esto es particularmente en fábricas o almacenes donde las personas y las máquinas se mueven constantemente, y con obstáculos metálicos que causan reflejos masivos, todo lo cual impacta la calidad de la localización y las mediciones de distancia de UWB.

Utilizando el aprendizaje automático, ha creado algoritmos de selección de anclajes inteligentes que detectan la (no) línea de visión entre los anclajes UWB y los dispositivos móviles que se están rastreando. Sobre la base de ese conocimiento, se estima la calidad del rango y se corrigen los errores de rango. El enfoque también viene con características de aprendizaje automático que permiten el ajuste adaptativo de los parámetros de la capa física de la red, lo que permite que se inicien los pasos apropiados para mitigar esos errores de rango, por ejemplo, sintonizando las radios de los anclajes.

Los obstáculos y los efectos que no son de línea de visión pueden afectar la calidad de la localización y las mediciones de distancia de UWB. El aprendizaje automático en chip (aprendizaje automático) puede corregir errores como se muestra en estos dos ejemplos. (Imagen:imec)

El profesor Eli De Poorter de IDLab dijo:“Ya hemos demostrado una precisión de rango UWB superior a 10 cm en entornos industriales tan desafiantes, que es un factor de dos mejoras en comparación con los enfoques existentes. Además, mientras que los casos de uso de localización de UWB suelen ser personalizados y, a menudo, dependen de la configuración manual, nuestro software de selección de anclaje inteligente funciona en cualquier escenario, ya que se ejecuta en la capa de aplicación ”.

A través de estas configuraciones adaptativas, los chips UWB de alta precisión y baja potencia de próxima generación se pueden utilizar en una amplia gama de otras aplicaciones, como el rastreo de contactos mejorado durante epidemias utilizando dispositivos pequeños y conscientes de la privacidad.

De hecho, imec ya ha licenciado la tecnología a su spin-off Lopos, que ha lanzado un dispositivo portátil que permite la aplicación del distanciamiento social Covid-19 al advertir a los empleados a través de una alarma audible o háptica cuando están violando las pautas de distancia segura mientras se acercan entre sí. .

Al elegir UWB en lugar de Bluetooth, el dispositivo portátil SafeDistance de Lopos funciona como una solución independiente que pesa 75 gy tiene una duración de batería de 2 a 5 días. El dispositivo basado en tecnología UWB permite una medición de distancia segura y de alta precisión (margen de error <15 cm). Cuando dos wearables se acercan, se mide la distancia exacta entre los dispositivos (que es ajustable) y se activa una alarma cuando no se respeta una distancia mínima de seguridad.

Dado que es independiente, no se registran datos personales y no se requiere puerta de enlace, servidor u otra infraestructura. Lopos ya ha aumentado la producción para satisfacer la demanda del mercado, con varios pedidos a gran escala recibidos en las últimas semanas de empresas activas en una amplia gama de sectores diferentes.

>> Este artículo se publicó originalmente el nuestro sitio hermano, EE Times.