Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Holografische Analyse von WLAN-Daten liefert dreidimensionale Bilder der Umgebung

04.05.2017

Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben ein holografisches Abbildungsverfahren entwickelt, das die Strahlung eines WLAN-Senders analysiert und daraus dreidimensionale Bilder der Umgebung erzeugt. Einsetzbar wäre das Verfahren beispielsweise im Konzept Industrie 4.0: Betreiber von Industrieanlagen könnten damit in Zukunft automatisiert Objekte auf dem Weg durch die Werkhalle verfolgen.

Wie der Blick durch ein Fenster, liefert ein Hologramm ein dreidimensional erscheinendes Abbild. Während für das optische Hologramm aufwändige Lasertechnik benötigt wird, lässt sich ein Hologramm der Mikrowellenstrahlung eines WLAN-Senders mit einer feststehenden und einer beweglichen Antenne erzeugen, wie Dr. Friedemann Reinhard und Philipp Holl in der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachjournals Physical Review Letters berichten.


Das im realen Bild sichtbare Kreuz aus Alufolie lässt sich aus dem WLAN-Hologramm wieder rekonstruieren (eingeblendetes Bild rechts unten)

Bild: Friedemann Reinhard/Philipp Holl / TUM

„Mit dieser Technik können wir ein dreidimensionales Bild des Raums erzeugen, in dem sich der WLAN-Sender befindet, so als hätten wir Augen für Mikrowellenstrahlung,“ sagt Friedemann Reinhard, Leiter der Emmy Noether Forschungsgruppe für Quantensensoren am Walter Schottky Institut der TU München. Einsatzmöglichkeiten sehen die Forscher vor allem im Kontext des Konzepts Industrie 4.0, automatisierter Industrieanlagen, wo es oftmals schwierig ist, Teile oder Geräte zu lokalisieren.

WLAN durchdringt Wände

Verfahren, bei denen Mikrowellenstrahlung sogar durch Wände hindurch geortet wird, oder bei denen die Veränderung des Signals die Anwesenheit einer Person anzeigt, gibt es bereits. Neu ist, dass die holografische Aufbereitung der WLAN- oder Handysignale ein Abbild des gesamten Raumes liefert.

„Natürlich liegt es da nahe, sich Sorgen um seine Privatsphäre zu machen, denn selbst verschlüsselte Signale übertragen gewissermaßen ein Bild der Umgebung nach außen,“ sagt Projektleiter Friedemann Reinhard, schränkt aber auch ein „Dass sich das Verfahren in naher Zukunft für den Blick in fremde Schlafzimmer eignet, ist aber eher unwahrscheinlich. Man müsste dazu eine große Antenne um das Gebäude herumfahren, was kaum unbemerkt bleiben dürfte. Da gibt es einfachere Möglichkeiten.“

Auf wenige Zentimeter genau

Bisher sind für das Erzeugen von Bildern aus Mikrowellenstrahlung spezielle Sender mit großer Bandbreite erforderlich. Die holografische Auswertung der Daten ermöglichte es den Forschern, auch mit der sehr geringen Bandbreite haushaltsüblicher WLAN-Sender auszukommen, die in den Frequenzbändern 2,4 und 5 Gigahertz senden. Auch Bluetooth- und Handy-Signale können genutzt werden. Die Wellenlänge dieser Geräte entspricht einer Auflösung im Bereich weniger Zentimeter.

„Statt einer beweglichen Antenne, die Bildpunkt für Bildpunkt misst, könnte man auch eine größere Zahl von Antennen nehmen und damit eine videoähnliche Bildfrequenz erreichen,“ sagt Philipp Holl, der die Versuche durchführte. „Zukünftige WLAN-Frequenzen, wie der geplante IEEE 802.11-Standard mit 60 Gigahertz, erschließen eine Auflösung bis in den Millimeterbereich.“

Blick in die Zukunft

Auch aus der Optik bekannte Methoden zur Bildverbesserung können bei der WLAN-Holografie eingesetzt werden: Ein Beispiel ist die aus der Mikroskopie bekannte Dunkelfeld-Methode, die es ermöglicht, schwach streuende Strukturen besser erkennen zu können. Ein weiteres Verfahren ist die Weißlicht-Holografie: Hier nutzten die Forscher die Bandbreite des WLAN-Senders, um Störungen durch Streustrahlung zu eliminieren.

Das Konzept, Mikrowellen-Hologramme wie optische Bilder zu betrachten, ermöglicht es auch, das Mikrowellenbild mit Kamerabildern zu kombinieren. In das Kamerabild des Handys könnten so aus Mikrowellenbildern gewonnene Zusatzinformationen eingeblendet werden, etwa um Funk-Schlüsselanhänger an verlorenen Gegenstände direkt zu sehen.

Doch mit ihrer Arbeit stehen die Wissenschaftler erst am Anfang der technologischen Entwicklung. Noch fehlt vor allem Forschung dazu, wie transparent welche Materialien sind. Mit diesen Kenntnissen ließen sich dann zum Schutz der Privatsphäre für Mikrowellen undurchsichtige Anstriche oder Tapeten entwickeln, während man für Fabrikhallen, in denen man den Weg eines Bauteils durch die Anlage verfolgen will, transparente Materialien einsetzen würde.

Entsprechend weiter entwickelte Technik könnte, so hoffen die Forscher, in Zukunft bei der Suche nach Verschütteten unter einer Lawine oder in einem eingestürzten Haus helfen: Während bisherige Methoden nur die Ortung erlauben, lieferte die holografische Auswertung der Signale auch ein räumliches Abbild der zerstörten Strukturen. Schwere Trümmerstücke könnten Helfer dann umgehen oder verbliebene Hohlräume für die Rettung nutzen und so planvoll den leichtesten Weg zum Opfer finden.

Die Arbeit wurde unterstützt aus Mitteln des Emmy Noether-Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und aus dem TUM Junior Fellow Fund der Technischen Universität München.

Publikation:

Philipp M. Holl and Friedemann Reinhard: Holography of Wi-fi Radiation.
Physical Review Letters, 05.04.2017 – DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.183901
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.183901
[Link erst aktiv ab Freitag, 05.05.2017, 17.00 Uhr MESZ]

Kontakt:

Dr. Friedemann Reinhard
Technische Universität München
Walter Schottky Institut, E24
Am Coulombwall 4, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 12777
E-Mail: friedemann.reinhard@wsi.tum.de
Web: http://go.tum.de/354019

Weitere Informationen:

https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/detail/article/33897/ Link zur Pressemitteilung
http://www.sciencemag.org/news/2017/04/stray-wi-fi-signals-could-let-spies-see-i... Newsmeldung von „Science“ zur Publikation
https://mediatum.ub.tum.de/1359938 Link zu Bildmaterial

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Vom Gehirn zur Robotik: Algorithmen verarbeiten Sensordaten wie das Gehirn
25.09.2017 | Universität Ulm

nachricht Ein stabiles magnetisches Bit aus drei Atomen
21.09.2017 | Sonderforschungsbereich 668

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Event News

“Lasers in Composites Symposium” in Aachen – from Science to Application

19.09.2017 | Event News

I-ESA 2018 – Call for Papers

12.09.2017 | Event News

EMBO at Basel Life, a new conference on current and emerging life science research

06.09.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Verbesserte Kohlendioxid-Fixierung dank Mikrokompartiment

25.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Internationales Forscherteam entdeckt kohärenten Lichtverstärkungsprozess in Laser-angeregtem Glas

25.09.2017 | Physik Astronomie

LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

25.09.2017 | Messenachrichten