Akustisk 'radar' upptäcker blindpassagerare inuti metalllastcontainrar

Upptäckten av fripassagerare i lastbilar, containers och tågvagnar är en allt viktigare aktivitet när länder över hela världen försöker ta itu med den illegala förflyttningen av människor över gränserna. Olika tekniker är utformade för att hjälpa men alla har betydande begränsningar.

Passiva millimetervågssensorer kan se genom väggar men kräver en belysningskälla som himlen. Det utesluter i allmänhet upptäckten av fripassagerare dolda från solljus.

Mikrovågsradarsystem ger sin egen belysningskälla men kämpar i allmänhet för att upptäcka orörliga människor. Dessa signaler passerar i alla fall inte genom metallväggar och är därför olämpliga för lastcontainrar och liknande.

Sedan finns det system baserade på detektionsgammastrålar. Dessa passerar lätt genom metallväggar och är främst designade för detektering av kärnmaterial. Men de utgör en betydande hälsorisk för människor och är därför inte lämpliga för att upptäcka fripassagerare.

Slutligen finns det akustiska sensorer, som förvisso kan skicka signaler genom metallväggar men som aldrig har varit kraftfulla eller känsliga nog att upptäcka människor exakt på andra sidan.

Tills nu. Idag förändras allt tack vare Franklin Felbers arbete på Starmark, ett vetenskapligt konsultföretag baserat i San Diego, som har byggt och testat en akustisk sensor som är både kraftfull och känslig nog att upptäcka andningsrörelsen hos en annars stillastående människa på andra sidan av en lastcontainervägg.

Problemet med konventionella akustiska sändare är att de inte producerar den typ av signal som kan upptäcka människor. Detta måste ha en specifik, smal frekvens som gör att en sensor kan fånga upp förändringen i reflektioner från ett föremål som rör sig med bara några millimeter, till exempel en andningskista. En bredbandssignal som täcker en rad frekvenser suddar helt enkelt ut dessa reflektioner.

Den måste också vara tillräckligt kraftfull för att passera genom en metallvägg, ut i luften på andra sidan, sedan reflekteras från föremål och passera tillbaka genom metallväggen till en mottagare.

Felber började sitt arbete med att experimentera med kommersiella piezoelektriska givare. Dessa ändrar form när de utsätts för en kraftig spänning. Det är denna förändring som genererar en akustisk signal.

Men Felber upptäckte att de hade betydande brister. Det allvarligaste var att för att producera en tillräckligt kraftfull signal måste de operera nära sin skadetröskel. Dessutom använder de enorma spänningar - i storleksordningen 3 000 volt - och detta kräver specialistströmkonditioneringskretsar. Ännu värre, de förlorar sina resonansegenskaper när de fästs på en vägg och detta minskar deras akustiska kraft med en faktor tusentals.

Men Felber hittade ett anmärkningsvärt enkelt och effektivt alternativ genom att utnyttja en helt annan typ av akustisk givare som fungerar med ett nio-volts batteri. Hans nya maskin är i huvudsak en hammare eller, som han kallar den, en mekanisk slagsändare.

Detta producerar en kraftfull akustisk signal genom att upprepade gånger slå på en metallskiva, som sedan ger resonans vid en specifik frekvens. När den är fäst vid en containervägg passerar signalen genom i luften på andra sidan.

En akustisk mottagare tar upp eventuella reflektioner från varje puls och en signalprocessor subtraherar sedan dessa från reflektionerna från föregående puls. Reflektioner som inte har förändrats, från stationära föremål, tar bort. Det lämnar bara reflektioner från rörliga föremål, som människor.

Felber har testat enheten och visar att den kan upptäcka en person på andra sidan av en vägg som rör sig och till och med en som är stillastående, bara från andningen.

Det är ett imponerande arbete som visar hur en enkel idé kan övertrumfa den mest avancerade materialvetenskapen.

Det finns varningar förstås. Det mest betydelsefulla är hur den mekaniska stötdonet kopplas till väggen.

För att fungera bra måste enheten och mottagaren vara noggrant säkrad i väggen på ett sätt som inte väsentligt ändrar deras resonansfrekvenser, eftersom detta skulle leda till att signalerna går förlorade.

Det kan vara möjligt i ett test, men en viktig fråga är om det skulle vara möjligt i praktiken när tusentals lastcontainrar behöver skannas i en mängd olika väderförhållanden.

Ändå är Felber optimistisk. Han säger att enheterna är kapabla att på distans och icke-intrusively skanna stållastcontainrar för fripassagerare med en hastighet av två containrar per minut.

Det faktum att det krävs en brådskande lösning för detta problem kommer säkerligen att uppmärksamma detta arbete och hjälpa till att fokusera på de sista praktiska frågorna som måste lösas.

Ref: arxiv.org/abs/1507.01479 : Demonstration av en ny högeffekts akustisk sensor genom väggen

Dölj