X-Ray Vision ni več zgolj filmska fantazija

Kolikokrat smo v otroštvu sanjali, da bi tako kot Superman lahko gledali skozi stene in druge predmete. Nedojemljiva tehnologija, ki jo bomo predstavili v nadaljevanju, se trudi to vizijo spremeniti v realnost. Raziskovalce čaka še veliko dela, vendar je napredek očiten.

AR očala bi lahko zaposlenim v skladiščih pomagala najti predmete za izpolnjevanje naročil ali prepoznati dele za sestavljanje komponent v industriji. Očala, kot že rečeno, združujejo računalniški vid in brezžično zaznavanje za samodejno iskanje določenega predmeta, ki je skrit očem, morda v škatli ali pod kupom drugih predmetov.

Sistem uporablja radiofrekvenčne (RF) signale – ki lahko prehajajo skozi običajne materiale, kot so kartonske škatle, plastične posode ali lesene pregrade – za iskanje skritih predmetov, označenih z RFID oznakami, ki odbijajo signale (ki jih pošilja RF antena).

Očala usmerjajo uporabnika, ko hodi po prostoru proti lokaciji predmeta, ki se prikaže kot prozorna krogla v vmesniku razširjene resničnosti (AR). Ko je predmet v roki uporabnika, očala, imenovana X-AR, preverijo, ali je v rokah pravi predmet.

Ko so raziskovalci preizkusili X-AR v okolju, podobnem skladišču, so očala lahko lokalizirala skrite predmete v povprečju do 9,8 centimetra natančno. Uporabniki so pravi predmet izbrali s 96-odstotno natančnostjo.

X-AR bi lahko pomagal delavcem v skladiščih pri hitrem iskanju artiklov na natrpanih policah, pri iskanju predmetov, zakopanih v škatlah, ali pa bi natančno identificiral artikel za naročilo med vsemi ostalimi podobnimi predmeti v istem prostoru. Lahko pa se uporablja tudi v proizvodnem obratu, in sicer za pomoč tehnikom pri iskanju ustreznih delov za sestavljanje izdelka.

»Naš cilj pri tem projektu je bil zgraditi sistem razširjene resničnosti, ki vam omogoča, da vidite stvari, ki so nevidne – stvari, ki so v škatlah ali za vogali – in vas pri tem lahko vodi do njih ter vam resnično omogoči, da vidite fizični svet na načine, ki prej niso bili mogoči,« pravi Fadel Adib, izredni profesor na oddelku za elektrotehniko in računalništvo in direktor skupine Signal Kinetics v Media Labu ter avtor članka o tehnologiji X-AR.

Kako izboljšati obstoječo tehnologijo AR očal?

Da bi ustvarili očala za razširjeno resničnost z rentgenskim vidom, so morali raziskovalci najprej opremiti obstoječa očala z anteno, ki bi lahko komunicirala s predmeti, označenimi z RFID. Večina sistemov za lokalizacijo RFID uporablja več anten, ki so oddaljene nekaj metrov, vendar so raziskovalci potrebovali eno lahko anteno, ki bi lahko dosegla dovolj visoko pasovno širino za komunikacijo z oznakami.

»Velik izziv je bilo načrtovanje antene, ki bi se prilegala očalom, ne da bi prekrivala katero koli kamero ali ovirala njeno delovanje. To je zelo pomembno, saj moramo uporabiti vse specifikacije na vizirju,« pravi docentka Aline Eid in soavtorica projekta.

Ekipa je eksperimentirala z zožanjem antene in dodajanjem vrzeli. Oba procesa povečujeta pasovno širino. Ker antene običajno delujejo na prostem, so jih raziskovalci optimizirali za pošiljanje in sprejemanje signalov, ko so pritrjene na vizir očal.

Ko je ekipa izdelala učinkovito anteno, se je osredotočila na njeno uporabo za lokalizacijo predmetov, označenih z RFID.

Uporabili so tehniko, znano kot radar s sintetično zaslonko (SAR), ki je podoben načinu, kako letala slikajo predmete na tleh. X-AR s svojo anteno izvaja meritve z različnih izhodišč, ko se uporabnik premika po prostoru, nato pa te meritve združi. Na ta način deluje kot antenski niz, kjer so za lokalizacijo naprave združene meritve več anten.

X-AR za izdelavo zemljevida okolja in določanje lokacije znotraj tega okolja uporablja vizualne podatke iz zmožnosti samosledenja očalom. Ko uporabnik hodi, X-AR očala izračunajo verjetnost oznake RFID na vsaki lokaciji. Verjetnost bo največja na natančni lokaciji oznake, zato te informacije uporablja, da se osredotoči na skriti predmet.

»Čeprav je sistem predstavljal velik izziv, ko smo ga načrtovali, smo v naših poskusih ugotovili, da dejansko dobro deluje z naravnim človeškim gibanjem. Ker se ljudje veliko gibljemo, nam to omogoča, da opravimo meritve z veliko različnih lokacij in natančno lokaliziramo predmet,« pravi soavtorica X-AR projekta Laura Dodds.

Ko X-AR očala locirajo predmet in ga uporabnik dvigne, morajo očala preveriti, ali je uporabnik našel pravi predmet. V tem trenutku pa uporabnik miruje in antena očal se ne premika, zato ne more uporabiti SAR za lokalizacijo oznake. Ko pa ima uporabnik predmet v rokah, se oznaka RFID premakne skupaj z njim. X-AR lahko meri gibanje oznake RFID in izkoristi zmožnost sledenja rokam za lokalizacijo predmeta. Nato preveri, ali oznaka pošilja prave RF signale, in ugotovi, ali je predmet pravi.

Raziskovalci so uporabili zmožnosti holografske vizualizacije slušalk za prikaz teh informacij na preprost način. Ko si uporabnik nadene očala, preko menijev izbere predmet iz baze. Ko je predmet lokaliziran, ga obda prozorna krogla, tako da lahko vidi, kje v sobi se nahaja. Nato naprava projicira pot do tega predmeta v obliki korakov na tleh, ki se lahko dinamično posodabljajo, ko uporabnik hodi.

»Odstranili smo vse tehnične vidike, da lahko uporabniku zagotovimo brezhibno in jasno izkušnjo, kar bi bilo še posebej pomembno, če bi nekdo X-AR očala uporabljal v skladiščnem okolju ali v pametnem domu,« pravi raziskovalka projekta Maisy Lam.

Testiranje X-AR očal

Da bi preizkusili X-AR očala, so raziskovalci ustvarili simulirano skladišče, tako da so police napolnili s kartonskimi škatlami in plastičnimi zabojniki ter vanj postavili predmete, označene z RFID.

Ugotovili so, da lahko X-AR vodi uporabnika do ciljnega predmeta z manj kot 10 centimetri napake, kar pomeni, da je bil predmet v povprečju manj kot 10 centimetrov od mesta, kamor je X-AR usmeril uporabnika. Ugotovili so tudi, da je sistem z 98,9-odstotno natančnostjo preveril, ali je uporabnik zagrabil pravi predmet.

Zdaj, ko so dokazali uspeh X-AR očal, nameravajo raziskati, kako bi za izboljšanje zmogljivosti vizualizacije in interakcije lahko uporabili različne načine zaznavanja, kot so Wi-Fi, tehnologija mmWave ali teraherčni valovi. Prav tako bi lahko izboljšali anteno, tako da bi njen doseg presegel 3 metre, in razširili sistem za uporabo z več očali, usklajenimi med seboj.