Ad esempio, il rilevamento di presenza viene utilizzato in molti edifici per controllare il consumo energetico, e all'interno dei veicoli il monitoraggio è sempre più diffuso per migliorare la sicurezza.
Alcune di queste iniziative mirano a migliorare la sostenibilità. Il rilevamento della presenza di persone negli edifici consente di utilizzare determinate risorse, come l'illuminazione, solo quando effettivamente necessario, risparmiando energia e riducendo i costi di gestione. Vengono inoltre utilizzate per comodità, ad esempio per aprire la porta all'avvicinarsi di qualcuno.
Nelle fabbriche, è sempre più comune che i robot lavorino a fianco degli operatori umani. Questa stretta collaborazione tra persone e robot offre molti vantaggi in termini di produttività, ma solleva anche preoccupazioni per la sicurezza. Se un robot, sia esso fisso o mobile, è in grado di rilevare la presenza di persone nelle sue vicinanze, i suoi movimenti possono essere temporaneamente limitati di conseguenza, migliorando così la sicurezza.
Nei veicoli, conoscere il numero di occupanti, la loro posizione e la loro altezza e peso approssimativi ci permette di attivare gli airbag appropriati con la giusta forza. Ciò garantisce un corretto funzionamento in caso di frenata improvvisa e protegge i passeggeri. La valutazione di sicurezza Euro NCAP incoraggia l'utilizzo di sistemi di monitoraggio dei passeggeri nei veicoli, in particolare per rilevare la presenza di bambini.
Uno dei componenti più importanti nei sistemi di rilevamento di presenza è il sensore. Per questo tipo di dispositivi, alcune delle tecnologie più comunemente utilizzate sono la conversione da luce a elettricità (come i sensori di immagine), i rilevatori a infrarossi passivi e le bande radio a onde millimetriche (mmWave).
Problemi con i sensori di immagine
Attualmente, è disponibile un gran numero di sensori di immagine ad alte prestazioni e ad alta risoluzione; pertanto, potrebbe sembrare una scelta ovvia per rilevare ostacoli, come le persone, nell'ambiente. Questa tecnologia ha i suoi limiti, soprattutto perché richiede una linea di vista e non può rilevare le persone quando sono nascoste (ad esempio, un bambino coperto da una coperta in un seggiolino auto); tuttavia, da un punto di vista tecnico, le prestazioni di questi sensori sono piuttosto buone.
Il problema principale che creano è legato alla privacy. Nella maggior parte delle applicazioni, è sufficiente rilevare la presenza di una persona. I sensori di immagine possono identificare la persona e memorizzare i dati in modo permanente. Pertanto, per rilevare la presenza e tracciarla senza sollevare problemi di privacy, i progettisti stanno iniziando a utilizzare metodi alternativi, come il radar a onde millimetriche (mmWave).
I limiti delle soluzioni attuali:
Da anni, i sensori a infrarossi passivi (PIR) vengono spesso utilizzati per rilevare la presenza di persone in applicazioni come l'illuminazione automatizzata o gli allarmi di sicurezza. Il sensore PIR rileva una variazione di energia infrarossa quando una persona si muove nel suo raggio d'azione; se viene superata una determinata soglia predefinita, la luce o l'allarme si attivano.
La tecnologia PIR presenta alcune limitazioni; ad esempio, il suo raggio d'azione è relativamente ridotto, il che richiede l'installazione di un numero maggiore di sensori. Inoltre, questi dispositivi spesso faticano a rilevare persone ferme o che si muovono molto lentamente e, se utilizzati all'aperto, le condizioni meteorologiche possono renderli quasi completamente inefficaci. Infine, richiedono una linea di vista diretta, quindi non sono molto discreti.
Utilizzo del radar a onde millimetriche per un rilevamento accurato della presenza:
il radar a onde millimetriche è più difficile da implementare, ma offre diversi vantaggi rispetto al radar PIR. Basato sul noto principio dell'effetto Doppler, è in grado di rilevare il movimento, la velocità e la direzione di un oggetto. Inoltre, poiché non richiede energia infrarossa, può rilevare anche oggetti inanimati. Rilevando velocità e direzione, può prendere decisioni più intelligenti; ad esempio, con la tecnologia a onde millimetriche, una porta si aprirà solo se una persona si sta effettivamente avvicinando, e non semplicemente perché qualcuno le sta passando accanto (Figura 1).
Figura 1: Le porte automatiche possono essere utilizzate in modo più intelligente grazie al rilevamento della direzione e del movimento (fonte: TexasInstruments; figura rielaborata da Mouser Electronics)
Il raggio d'azione della tecnologia mmWave è molto ampio, da pochi centimetri a centinaia di metri, quindi in molte applicazioni è possibile coprire un'intera area con un singolo sensore. Le capacità di rilevamento di questi dispositivi possono penetrare rivestimenti sottili, come le pareti in cartongesso, consentendo un'installazione discreta negli edifici.
Supporto alla progettazione e all'applicazione:
nell'automazione degli edifici, la tecnologia mmWave può migliorare il comfort e la sicurezza riducendo al contempo i costi operativi, controllando illuminazione, riscaldamento e climatizzazione in base all'occupazione. A differenza dei sensori di immagine, gli elementi mmWave non registrano video, eliminando così i problemi di privacy in aree in cui è particolarmente importante, come bagni o spogliatoi.
Nel settore automobilistico, la tecnologia mmWave è molto utile per il rilevamento degli occupanti (CPD). Non ha problemi a rilevare la presenza di persone in ambienti visibili, né a stimarne le dimensioni, consentendo agli airbag di attivarsi dove necessario e con la forza adeguata, migliorando così la sicurezza dei passeggeri.
La tecnologia dei sensori a bordo dei veicoli sta diventando sempre più importante e molte applicazioni sono in grado di rilevare la presenza di un bambino dimenticato a bordo. Inoltre, la tecnologia mmWave è così precisa da poter rilevare persino i neonati nascosti sotto una coperta, poiché è in grado di percepire i movimenti causati dalla respirazione o dal battito cardiaco.
I sensori mmWave di Texas Instruments sono utilizzati nei sistemi avanzati di assistenza alla guida (AAS) per applicazioni sia a corto che a lungo raggio, consentendo ai veicoli di essere consapevoli dell'ambiente circostante. Grazie all'utilizzo di sensori CMOS single-chip avanzati, le dimensioni del progetto vengono ridotte combinando un ingresso RF con un processore di segnale digitale (DSP) e un microcontrollore (MCU). Ciò consente il rilevamento di elementi complessi in ambienti urbani, nonché di altri utenti della strada.
Questa tecnologia è importante anche nelle applicazioni industriali, dove viene utilizzata per rilevare la presenza e i livelli di liquidi o per guidare droni e robot di magazzino (Figura 2).
Figura 2: La tecnologia mmWave ha numerose applicazioni nel settore industriale (fonte: Mouser Electronics)
Sebbene alcuni ingegneri possano non avere familiarità con questa tecnologia, sono disponibili diversi strumenti per facilitare il processo di progettazione. Il MM5D91-00 diJorjin Technologies Inc. è un sistema di rilevamento di presenza che utilizza la tecnologia mmWave a 60 GHz. Questo dispositivo estremamente pratico include un'antenna trasmittente, tre antenne riceventi e un potente processore Arm® Cortex® M4F.
Riconoscimento dei gesti:
come molte tecnologie innovative, il radar a onde millimetriche sta aprendo la strada a nuove applicazioni. Ad esempio, il riconoscimento dei gesti sta sostituendo i pannelli di controllo fisici con interfacce uomo-macchina (HMI) virtuali. In queste applicazioni, l'utente può posizionare la mano davanti al sensore e muoverla secondo schemi predefiniti per generare input per il sistema. Le azioni sono generalmente intuitive, come posizionare il palmo della mano per indicare un arresto, ruotarla per spostare una manopola virtuale o alzare/abbassare un parametro come il volume.
Il riconoscimento dei gesti offre diversi vantaggi a seconda del contesto e delle modalità di utilizzo. Nelle applicazioni automobilistiche, i principali benefici sono la sicurezza e la praticità, poiché i conducenti non devono cercare a tentoni un pulsante durante la guida e possono tenere gli occhi fissi sulla strada. Inoltre, non essendoci contatto tra l'utente e l'interfaccia uomo-macchina (HMI), risulta anche più igienico, un vantaggio significativo in settori come la ristorazione e la sanità, tra gli altri.
I nuovi dispositivi sul mercato stanno diventando sempre più piccoli, quindi un ulteriore vantaggio del riconoscimento dei gesti è che aiuta i progettisti a ridurre lo spazio occupato da pulsanti e manopole fisiche nell'interfaccia uomo-macchina (HMI). Quando il dispositivo viene aggiornato per aggiungere nuove funzionalità, i gesti possono essere aggiunti secondo necessità.
Il mercato per questa tecnologia è relativamente nuovo: secondo Global Market Insights2, il riconoscimento dei gesti nel settore automobilistico valeva 644 milioni di dollari nel 2022. Inoltre, si stima un tasso di adozione annuo composto (CAGR) del 18,2%, che rappresenterebbe un valore di 3,25 miliardi di dollari nel 2032.
Conclusione:
Affinché le macchine possano raggiungere una maggiore autonomia nel movimento o nel riconoscimento dei pericoli circostanti, è essenziale che dispongano di una migliore percezione ambientale. Sebbene i sensori di immagine possano essere utilizzati a questo scopo, il loro impiego solleva numerose preoccupazioni in materia di privacy, poiché sono in grado di identificare e tracciare gli individui.
Alcune tecnologie alternative, come il radar a onde millimetriche (mmWave), forniscono la necessaria consapevolezza ambientale senza creare problemi di privacy, poiché non registrano immagini facciali. Infatti, a differenza di molti sensori di immagine, i radar a onde millimetriche a 60 GHz possono operare a distanze inferiori a 100 metri in condizioni meteorologiche avverse, il che li rende la scelta preferita da molti progettisti.
+++Fine
Distributore autorizzato
Mouser Electronics
www.mouser.com
Riferimenti
2 - https://www.gminsights.com/industry-analysis/automotive-gesture-recognition-market
