▲近距离观察超材料，它可以形成无线电波，用于监测房间内发生的运动。每个单元可以单独调谐，通过特定的方式与无线电波相互作用。
你是否曾经上蹿下跳，就为了让运动感应灯亮起来？现在，一项基于超材料的新型运动传感器研制成功了，它灵敏到能监测人的呼吸。
美国杜克大学和法国朗之万研究所的科学家分别研究发现，通过无线电波图形可以探测出室内是否有人，以及人所处的位置。研究相关的论文发表在8月6日的《物理评论快报》上。
“红外线运动探测器的敏感度一直存在许多问题，”杜克大学电气与计算机工程系的大卫·史密斯教授说，“例如，覆盖空间有限，人必须出现在红外线范围内才能被发现；如果人长时间没动，灯会自动熄灭。现在无线电波技术可以克服所有以上局限性。”
以往的论文曾介绍，研究人员能利用无线电波在房间里来回反弹并相互干扰的独特模式。这些模式随着房间物体的微动而变化，一旦有物体进入房间，灵敏的天线就可以探测到。通过比较电波模式随时间发生的变化，就能检测出风扇转动之类的周期性运动，甚至监测到人的呼吸。
该论文介绍说，系统只要经过少量训练，就能提取用来定位空间内物体／人所需的信息。演示系统先学习了放置在地面上23个不同位置的一块三角形积木所形成的无线电波模式，之后系统不仅能区分学习过的23个场景，还可以区分三个相同的积木按1771种任意模式组合出现时的位置。
该技术利用了无线电波在封闭房间中的行为模式，即它们能连续从多个表面反射的能力在整个房间中生成复杂的干涉图案。过去，这种复杂性一直妨碍信号源定位。但史密斯及同事表明，它恰可被用来检测和定位房间内的物体及运动。
科学家的解决方案是，利用超材料动态地控制波的形状。超材料即人工材料，它通过自身的结构特性来操纵光波和声波等。平板超材料天线可以让波形成任意的结构，并快速连续地产生许多不同的波前。
史米斯说：“这些特定的波形并不重要。”只要它们是多样的，检测器就会拾取足够多的模式变化，来确定物体的存在和位置。
还有其他技术可以实现这种波前整形，但它们的成本较高、能耗更大。研究表明，在人们离家和回家时对房间温度进行调节，可以降低大约30%的耗电量。但通过消耗更多的能量来改变天线模式，那将于事无补。
节能只是新技术的微不足道之作用。它还可以用来计算房间内的人数、区分物体位置、监测呼吸模式，在安全、医疗和游戏领域也有潜在的应用价值。
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编译：馥莉 审稿：西莫 责编：张梦
期刊来源：《物理评论快报》
期刊编号：0031-9007
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180806104255.htm
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