Công nghệ vi sóng nhìn xuyên tường

Đăng bài lúc: Thứ bảy, 17/07/2021

Các nhà nghiên cứu phát triển hệ thống có thể quét khu vực lớn cỡ căn hộ và tìm vật thể nhỏ tới một milimet trong vòng vài micro giây.
 
Hiện nay, nhóm nghiên cứu ở Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) tạo ra hệ thống quét radar mới sử dụng cấu hình trái ngược, với một thiết bị thu và nhiều thiết bị phát. Hệ thống vô tuyến mới có thể tạo ra hình ảnh và video theo thời gian thực, ngay cả khi vật thể ẩn sau bức tường hoặc di chuyển ở tốc độ siêu thanh. Công nghệ này có thể cho phép nhân viên phản ứng nhanh tìm người dễ dàng hơn ở tòa nhà đang cháy chứa đầy khói hoặc theo dõi mảnh vỡ rơi nhanh trong không gian. Các nhà nghiên cứu báo cáo chi tiết về hệ thống mới trên tạp chí Nature Communications hôm 25/6.


Công nghệ vi sóng có thể giúp lính cứu hỏa tìm người mắc kẹt trong tòa nhà đang cháy. 
 

Vi sóng là gì?


Hệ thống của NIST hoạt động dựa vào vi sóng. Vi sóng là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng ngắn hơn sóng vô tuyến. Chúng được sử dụng trong radar, chẳng hạn thiết bị theo dõi tốc độ xe trên đường thường ứng dụng vi sóng. Nếu thu nhỏ bước sóng vi sóng hàng chục nghìn lần từ vi sóng ngắn nhất, chúng ta có ánh sáng khả kiến. Tất cả đều nằm trong quang phổ điện từ và về cơ bản không có khác biệt nào giữa chúng ngoại trừ vi sóng.

Nhưng vi sóng cũng có một số lợi thế so với ánh sáng về mặt tạo ra hình ảnh. "Rõ ràng, chúng ta không thể nhìn xuyên qua bức tường bởi loại bước sóng mà mắt người quen thuộc không xuyên qua những vật thể như vậy", Fabio da Silva, thành viên nhóm nghiên cứu ở NIST, cho biết. "Tuy nhiên, nếu sử dụng bước sóng dài hơn như vi sóng, bạn có thể nhìn xuyên tường".

Trên thực tế, đó là lý do tại sao bộ định tuyến có thể truyền tới mọi ngóc ngách trong nhà hoặc điện thoại di động bắt được tín hiệu dưới lòng đất, bởi chúng kết nối với mạng Internet nhờ vi sóng truyền xuyên qua tường và nền nhà. Điều đó cũng có nghĩa hệ thống mới của nhóm nghiên cứu có thể xuyên qua vật liệu tương đối dày như tường khô và bê tông, đồng thời không bị cản trở bởi thời tiết bất lợi như mây dày và mưa.

Tuy nhiên, radar truyền thống không hoạt động tốt trong việc nhanh chóng tạo hình ảnh chi tiết. Để thu được hình ảnh, hệ thống radar thường cần quét kiểu chiếu sáng, làm chậm quá trình chụp ảnh, theo Mohammadreza Imani, nhà nghiên cứu chụp ảnh vi sóng, giáo sư ở Đại học Arizona, cho biết.

Nhóm nghiên cứu ở NIST muốn chế tạo một hệ thống có thể vượt qua hạn chế đó. Họ lấy cảm hứng từ thiết bị mới mang tên "camera pixel đơn", loại camera không có thấu kính. Chúng truyền ánh sáng, sử dụng thiết bị dò siêu nhạy và siêu nhanh để đo thời gian ánh sáng truyền trở lại.

Một bộ phận quan trọng khác trong hệ thống của nhóm nghiên cứu dựa vào cách thức sóng va đập vào các vật thể để truyền tới thiết bị thu tín hiệu, gọi là kỹ thuật light-in-flight. Ngoài chụp ảnh, kỹ thuật này còn được sử dụng trong phần mềm đồ họa 3D để tạo ra nhiều hình ảnh thực tế hơn. Nhóm nghiên cứu ở NIST điều chỉnh kỹ thuật để hoạt động với vi sóng.

Đối với da Silva và đồng nghiệp, trở ngại lớn là tích hợp tất cả ý tưởng thành hệ thống quét có thể sử dụng được. Vì vậy, họ cần sự hỗ trợ từ định vị vệ tinh (GPS). Nhóm nghiên cứu sử dụng nhiều nguồn vi sóng và một đầu nhận, dựa vào thuật toán vi tính để kết nối tất cả với nhau.

Kết quả là một hệ thống có thể quét khu vực lớn cỡ căn hộ trên trung bình, sau đó tìm vật thể nhỏ tới một milimet trong vòng vài micro giây. Các nhà nghiên cứu hy vọng có thể sử hệ thống cho các ứng dụng tương tự radar như theo dõi vật thể di chuyển nhanh gấp 5 lần tốc độ âm thanh, bao gồm mảnh vỡ từ vụ nổ hoặc thiên thạch.
 

Vũ khí vi sóng năng lượng cao


Giáo sư Edl Schamiloglu tại Đại học New Mexico (Mỹ) lý giải vũ khí vi sóng có thể tạo ra công suất điện rất cao, với điện áp lên đến vài megavolt và cường độ dòng điện hàng trăm ngàn ampere, theo tờ Asia Times. Đó là điện áp cao hơn đường dây tải điện cao thế và gần bằng dòng điện trong tia chớp.

Bên cạnh đó, cơ chế tạo ra các xung điện từ ngắn lặp đi lặp lại giúp vũ khí vi sóng ít sinh nhiệt. Mỗi xung điện từ phát ra kéo dài khoảng 10 nano giây (1/1 tỉ của 1 giây). Do đó, ngay cả khi tạo ra năng lượng 1 gigawatt, mỗi xung điện từ 10 nano giây cũng chỉ có mức năng lượng khoảng 10 joule (hay Jun, ký hiệu J).

Trong khi đó, một lò vi sóng trung bình trong 1 giây tạo ra 1 kilojoule (kJ), tức 1.000 J. Lò vi sóng thường mất khoảng 4 phút để đun sôi một cốc nước, tương ứng với 240 kJ. Đó là lý do vì sao vũ khí vi sóng không tạo ra một lượng nhiệt đáng kể, không thể khiến con người phát nổ như khoai tây trong lò vi sóng, chuyên gia Schamiloglu lưu ý.

Theo ông Schamiloglu, Nga và Mỹ vẫn duy trì chương trình vũ khí vi sóng kể từ thập niên 1960, còn Trung Quốc được cho là đang đẩy mạnh phát triển công nghệ này. Chẳng hạn, Mỹ có Dự án Tên lửa tiên tiến vi sóng năng lượng cao (CHAMP) của Hãng Boeing nhằm phát triển một nguồn vi sóng trong tên lửa; và Thiết bị phản ứng chiến thuật năng lượng cao (THOR). Quân đội Mỹ gần đây thử nghiệm THOR, vốn có khả năng tiêu diệt cùng lúc nhiều máy bay không người lái, theo chuyên trang Military.com.
Tổng hợp (TL)

Top