导读


Wi-Fi,通常用于无线联网通信 。但是,最近德国慕尼黑工业大学的人员利用 Wi-Fi 辐射,建立起了Wi-Fi 发射器周围物体的三维全息图。而且科学家认为:房间内泄漏出的Wi-Fi 信号,甚至可能用于在房间外穿墙观察房间内的物体。

关键字

数字全息、三维成像、Wi-Fi、穿墙

背景

两年前,笔者曾写过一篇文章《浅谈Wi-Fi技术》,介绍过Wi-Fi 技术的基础知识。一般来说,Wi-Fi 技术往往用于无线数据通信,比如利用手机Wi-Fi上网。所以,有人会问:Wi-Fi 怎么会和全息技术联系到一起呢?


要了解这个问题,我们还是先来了解一下全息技术,之前在《科学家研发超颖材料设备 全息技术从科幻走向现实》一文中,我也曾介绍过这项技术。


其实,全息技术就是利用光线干涉和衍射的原理,记录并再现物体真实的三维图像。

那么,全息技术和Wi-Fi 似乎没有任何关系,因为全息技术是通过光学原理实现的,而Wi-Fi 是通过无线电波实现的。


为了帮助大家理解,笔者在声音三维全息成像技术:重新演绎毕加索名画和平鸽》一文中,曾经介绍过光学全息技术以外的一种全息技术:声学全息技术。科学家利用声波创造出了美轮美奂的全息图:



(图片来源于:©Kai Melde / MPI for Intelligent Systems)


声波是一种波,无线电波也是一种波,有了声学全息技术作为参考,我们也不难理解用Wi-Fi无线电信号,也能进行全息成像了。


创新

德国慕尼黑工业大学的科学家们通过创新探索,开发出一种全新的全息技术,它和光学全息技术不同,并不需要使用激光来帮助成像,而是通过Wi-Fi 发射器的杂散辐射,描绘出它周围环境的三维图像。

这项技术的论文《Wi-Fi 辐射全息技术》发表于《物理评论快报》上,作者是 Friedenmann Reinhard 博士 和 Philipp Holl 博士。

Friedemann Reinhard 博士说:


“利用这项技术,我们能够生成Wi-Fi 发射器周围的三维空间,就像我们的眼睛看到了微波辐射。”

在下图中,我们可以看到由铝箔制成的十字架,位于观测者和Wi-Fi 路由器之间,通过Wi-Fi 全息技术,能够很容易地重建出它的图像(旁边插图中所示)。

(图片来源:Friedemann Reinhard/Philipp Holl/慕尼黑工业大学


技术

接下来,我们来看看这个系统的组成和原理,下图是一个很好的展示:


(图片来源:Friedemann Reinhard/Philipp Holl/慕尼黑工业大学


商用的Wi-Fi 路由器发出杂散辐射,在其前方0.9米处,会有一个灰色的十字架,即需要被全息成像的物体,在十字架前方1.4米处,有一个标准的Wi-Fi 接收器(扫描天线),它可以在(3米 x 2米)的平面上缓慢的前后移动,逐点记录Wi-Fi 信号,形成一个“虚拟屏幕”,相当于光学成像的光学底片。另外,几米以外,还有一个静止天线(参考天线),充当了光学全息成像中参考光束的作用。


研究人员会处理到达这两个接受天线的信号,用计算机制作出中间被测物的全息图像。

应用

利用地下室的Wi-Fi发射器,可以绘制出整个仓库的三维图像

(图片来源:Friedemann Reinhard/Philipp Holl/慕尼黑工业大学

  • 工厂产品定位

研究人员希望这项技术未来可用于工业4.0,在自动化工厂中,自动定位部件和设备,比如在工厂天花板上,布置一些Wi-Fi 传感器,就可以构建出全息图像,追踪和定位具有RF识别标签的产品。


  • 穿墙全息成像


大家都知道Wi-Fi 信号可穿墙,而这项技术未来不仅可利用Wi-Fi 信号,甚至可以用手机信号,对于这些设备附近空间的图像,进行全息处理。当然,研究人员认为,这有可能涉及到隐私问题,毕竟从某种程度上讲,这样会让这些信号发射器周围的环境,暴露于外部世界。


但是,也有科学家认为,建筑物墙中往往会具有金属结构,它会发射无线电信号,使得无线电波会从四面八方而来,这样这项技术就很难应对了。

  • 灾害搜救


另外,这项技术还可用于灾害搜救,特别是例如地震情况下,拯救那些掩埋在废墟下的人,传统的方法只能定位幸存者的位置,而这项技术还可以提供被破坏的建筑结构内部的空间图像,让搜救者可以快速营救被困者。

参考资料


【1】https://www.tum.de/en/about-tum/news/press-releases/detail/article/33897/

【2】http://www.sciencemag.org/news/2017/04/stray-wi-fi-signals-could-let-spies-see-inside-closed-rooms

【3】Philipp M. Holl and Friedemann Reinhard: Holography of Wi-fi Radiation.
Physical Review Letters, 05.04.2017 – DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.183901

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1612/1612.03194.pdf


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Wi-Fi全息技术:能穿墙获取物体全息图像!
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