Teknologi UWB meningkatkan akurasi dengan koreksi berbasis RF dan ML digital
Imec minggu ini mengatakan telah mengembangkan teknologi ultra-wideband (UWB) generasi berikutnya yang menggunakan RF digital dan pembelajaran mesin untuk mencapai akurasi jangkauan kurang dari 10cm di lingkungan yang menantang sambil mengonsumsi daya 10 kali lebih sedikit daripada implementasi saat ini.
Pusat penelitian dan inovasi mengumumkan dua inovasi baru dari program penelitian kedekatannya yang aman untuk teknologi jangkauan yang aman dan sangat akurat. Salah satunya adalah berbasis perangkat keras, dengan desain sirkuit RF bergaya digital seperti loop terkunci fase semua digital (PLL), untuk mencapai konsumsi daya rendah kurang dari 4mW/20mW (Tx/Rx), yang diklaim sudah habis. hingga 10 kali lebih baik dari implementasi hari ini. Yang kedua adalah peningkatan berbasis perangkat lunak yang memanfaatkan algoritme koreksi kesalahan berbasis pembelajaran mesin untuk memungkinkan akurasi rentang kurang dari 10 cm di lingkungan yang menantang.
Menjelaskan konteks imec mengatakan teknologi ultra-wideband saat ini sangat cocok untuk mendukung berbagai kasus penggunaan jangkauan nirkabel dengan akurasi tinggi dan aman, seperti solusi 'kunci pintar' yang biasa diterapkan di otomotif; secara otomatis membuka kunci pintu mobil saat pemiliknya mendekat, sambil mengunci mobil saat pemiliknya menjauh.
Manfaat dan tantangan UWB (Gambar:imec)
Namun, terlepas dari manfaatnya seperti secara inheren lebih sulit untuk dikompromikan daripada beberapa alternatif, potensinya sebagian besar masih belum dimanfaatkan karena konsumsi dayanya yang lebih tinggi dan tapak yang lebih besar. Oleh karena itu imec mengatakan inovasi perangkat keras dan perangkat lunak yang telah diperkenalkan menandai langkah penting untuk membuka potensi penuh teknologi, dan membuka peluang untuk layanan lokalisasi mikro di luar akses tanpa kunci yang aman yang telah dipromosikan secara luas sejauh ini, ke AR/VR game, pelacakan aset, dan robotika.
Christian Bachmann, manajer program di imec, mengatakan, “Konsumsi daya UWB, ukuran chip, dan biaya terkait telah menjadi faktor penghambat adopsi teknologi, terutama dalam hal penyebaran aplikasi jangkauan nirkabel. “Pengembangan chip UWB baru Imec menghasilkan pengurangan yang signifikan dari jejak teknologi berdasarkan konsep RF bergaya digital:kami telah mampu mengintegrasikan seluruh transceiver – termasuk tiga receiver untuk pengukuran sudut kedatangan – pada suatu area kurang dari 1mm².”
Dia menambahkan ini ketika diimplementasikan pada node proses semikonduktor canggih yang berlaku untuk perangkat node sensor IoT. Chip baru ini juga sesuai dengan standar IEEE 802.15.4z baru yang didukung oleh konsorsium industri berdampak tinggi seperti Car Connectivity Consortium (CCC) dan Fine Ranging (FiRa).
Melengkapi pengembangan perangkat keras, peneliti dari IDLab (grup riset imec di Universitas Ghent) telah menemukan peningkatan berbasis perangkat lunak yang secara signifikan meningkatkan kinerja jangkauan nirkabel UWB di lingkungan yang menantang. Hal ini terutama terjadi di pabrik atau gudang di mana orang dan mesin terus bergerak, dan dengan penghalang logam yang menyebabkan refleksi masif – yang semuanya berdampak pada kualitas lokalisasi UWB dan pengukuran jarak.
Menggunakan pembelajaran mesin, ia telah menciptakan algoritme pemilihan jangkar cerdas yang mendeteksi garis pandang (non) antara jangkar UWB dan perangkat seluler yang sedang dilacak. Berdasarkan pengetahuan itu, kualitas rentang diperkirakan, dan kesalahan rentang dikoreksi. Pendekatan ini juga dilengkapi dengan fitur pembelajaran mesin yang memungkinkan penyetelan adaptif parameter lapisan fisik jaringan, yang memungkinkan langkah yang tepat untuk kemudian dimulai untuk mengurangi kesalahan rentang tersebut – misalnya dengan menyetel radio jangkar.
Hambatan dan efek non line of sight dapat mempengaruhi kualitas lokalisasi UWB dan pengukuran jarak. Pada chip ML (pembelajaran mesin) dapat memperbaiki kesalahan seperti yang ditunjukkan pada dua contoh ini. (Gambar:imec)
Profesor Eli De Poorter dari IDLab mengatakan, “Kami telah menunjukkan akurasi rentang UWB lebih baik dari 10cm di lingkungan industri yang sangat menantang, yang merupakan faktor dua peningkatan dibandingkan dengan pendekatan yang ada. Selain itu, meskipun kasus penggunaan pelokalan UWB biasanya dibuat khusus dan sering kali bergantung pada konfigurasi manual, perangkat lunak pemilihan jangkar cerdas kami berfungsi dalam skenario apa pun – karena berjalan di lapisan aplikasi.”
Melalui konfigurasi adaptif ini, chip UWB berdaya rendah dan berakurasi tinggi generasi berikutnya dapat digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pelacakan kontak yang ditingkatkan selama epidemi menggunakan perangkat kecil dan sadar privasi.
Faktanya, imec telah melisensikan teknologi ke Lopos spin-off-nya, yang telah merilis perangkat yang dapat dikenakan yang memungkinkan penegakan jarak sosial Covid-19 dengan memperingatkan karyawan melalui alarm yang dapat didengar atau haptic ketika mereka melanggar pedoman jarak aman saat mendekati satu sama lain. .
Memilih UWB daripada Bluetooth, perangkat Lopos SafeDistance beroperasi sebagai solusi mandiri yang memiliki berat 75g dan memiliki masa pakai baterai 2-5 hari. Perangkat berbasis teknologi UWB memungkinkan pengukuran jarak yang aman dan sangat akurat (<15cm error margin). Saat dua perangkat yang dapat dikenakan saling mendekat, jarak yang tepat antara perangkat (yang dapat disesuaikan) diukur dan alarm diaktifkan saat jarak aman minimum tidak diperhatikan.
Karena mandiri, tidak ada data pribadi yang dicatat dan tidak diperlukan gateway, server, atau infrastruktur lain. Lopos telah meningkatkan produksi untuk memenuhi permintaan pasar, dengan beberapa pesanan berskala besar yang diterima selama beberapa minggu terakhir dari perusahaan yang aktif di berbagai sektor yang berbeda.
>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, EE Times.
