穿牆透視技術離我們還遠嗎？
看《超人》漫畫和電影時，我們都會對超人的X射線透視眼留下深刻印象。這種超能力讓超人一眼看穿了蝙蝠俠的真實身份，他幾乎可以把周圍的世界盡收眼底“一覽無餘”。
如果科技可以實現類似這種科幻的暢想，那將帶來非常重要的現實意義。比如，地震發生後，房屋倒塌，大廈變成瓦礫，人和動物可能不幸被掩埋在廢墟中。這種情況下，救援人員都會拼命地在廢墟中尋找生命的跡象。想象一下，如果救援人員能“透視”瓦礫，發現廢墟之下的倖存者，測量他們的生命體徵，甚至直接產生受害者的圖像，這將帶來質的改變。
事實上，這樣的現實或許離我們並沒有那麼遙遠。藉助“穿牆透視雷達技術”，這很快將成爲可能。早期版本的技術能夠顯示一個人是否在房間裏，它已經投入使用了數年，還有一些技術能夠在某些特定條件下測量出生命體徵的信號。
Aly Fathy是一名研究電磁通信和成像系統的電氣工程師。他和其他一些工程師正藉助高速計算機、新型算法和能夠收集大量數據的雷達收發器，讓現實中的技術更接近超人那種“透視眼”的效果。
這項新興技術能夠確定牆體或障礙物後面有多少人，他們在哪裏，可能攜帶着什麼物品，在軍事用途中，它甚至可以確定他們可能穿着什麼類型的護甲。
“Radar”（雷達）原本是“RAdio Detection And Ranging”（無線電探測與測距）的縮寫。和手機一樣，雷達使用的也是電磁波，它利用無線電波發送以光速傳播的信號。如果信號遇見物體，比如一架飛機，它就會被反射回接收器，在一定的延時後，雷達的屏幕上就能看到反射回來的波，這就可以用來估計物體的位置。
1842年，奧地利物理學家克里斯蒂安·多普勒（Christian Doppler）描述了一種現在被稱爲“多普勒效應”的現象，它說的是，信號頻率的變化與信號源的速度和方向有關。一個簡單的例子就是救護車向你駛來，經過你身邊隨後遠離時，你能感覺到它的警報聲調發生變化。
多普勒雷達正是利用這種效應來比較發射和反射信號的頻率，從而確定移動物體的方向和速度，比如雷雨和超速的汽車。多普勒效應可用於檢測微小的運動，包括心跳和呼吸相關的胸腔運動。在這種情況下，多普勒雷達會向人體發射信號，反射的信號因吸入或呼出動作而不同，甚至會因心率而產生差異。因此，這項技術能夠準確地測量這些生命體徵。
當波遇見實心牆體（比如石膏牆或木牆）時，其中一部分會從表面反射回來，而剩下的一部分則能穿過牆壁，特別是相對低頻的無線電。如果發射的波遇到了金屬物體或者人體時，它就可以被完全反射回來，因爲人體的含水率很高，具有很強的反射性。
當雷達接收器足夠靈敏（當然要比普通雷達接收器要靈敏得多）時，它就可以接收到穿過牆壁的反射信號。使用成熟的信號處理技術，過濾掉牆體和傢俱等靜態物體的反射，就能分離出人們真正感興趣的信號，比如有關人的位置等各種有用信息。
以往，雷達技術在協助災害管理和執法方面的能力一直有限，因爲它沒有足夠的計算能力和速度，過濾掉樹葉或碎石等複雜環境中的背景噪聲，並生成實時圖像。
但如今，雷達傳感器有能力收集和處理大量數據，即使在惡劣的環境中也能做到，並且能夠生成目標的高分辨率圖像。通過複雜的算法，它們可以近實時地顯示數據。這需要高速的計算機處理器快速處理大量數據，它還需要能快速傳輸數據的寬帶電路，從而提高圖像的分辨率。
毫米波無線技術的最新發展，從5G到5G+甚至更高配置，可能有助於進一步改進這項技術，利用更寬的帶寬提供更高分辨率的圖像。無線技術還將加快數據處理時間，大大減少了延遲。
Fathy的實驗室正在開發遠程描繪牆壁電氣特徵的高速方法，這有助於校準雷達波並優化天線，使波更容易穿過牆壁，將牆壁的阻礙降到最低。團隊還開發了軟件和硬件系統，來實現雷達系統的大數據近實時分析。
目前，由於天線尺寸的限制，能夠做到穿牆透視的低頻雷達系統通常是“龐然大物”。電磁信號的波長與天線的大小有關，科學家一直努力將穿牆透視雷達技術推向更高的頻率，以便建造更小、更便攜的系統。
這些穿牆透視雷達能追蹤個體的運動以及心跳和呼吸頻率。這項技術還可用於從遠處確定建築物的整體佈局，甚至可以深入牆體內部確認管道和電線的位置，並且探測隱藏的武器和餌雷。
除了爲災難應對、執法和軍方提供工具外，這項技術還可用於監測老年人，或者從病房外獲得感染性疾病（比如COVID-19）患者的生命體徵。
未來，人們同樣希望它能與更多技術結合。比如，甚至有人在研究一種穿牆透視的雷達，它可以生成足夠精確的人臉圖像，供面部識別系統進行精準識別。這樣一來，人們可能真正擁有了“超人”的力量。
#創作團隊：
原文作者：Aly Fathy（田納西大學電氣工程教授）
編譯：Måka
#參考來源：
https：//theconversation.com/fast-computers-5g-networks-and-radar-that-passes-through-walls-are-bringing-x-ray-vision-closer-to-reality-156476
本文轉載自公衆號“原理”
