Akoestische 'radar'-spots verstekelingen in metalen vrachtcontainers

Het opsporen van verstekelingen in vrachtwagens, zeecontainers en treinwagons wordt een steeds belangrijkere activiteit nu landen over de hele wereld proberen het illegale grensoverschrijdend verkeer aan te pakken. Er zijn verschillende technologieën ontworpen om te helpen, maar ze hebben allemaal aanzienlijke beperkingen.

Passieve millimetergolfsensoren kunnen door muren kijken, maar hebben een lichtbron nodig, zoals de lucht. Dat sluit over het algemeen de detectie van verstekelingen uit die verborgen zijn voor zonlicht.

Magnetronradarsystemen bieden hun eigen lichtbron, maar hebben over het algemeen moeite om bewegingloze mensen te detecteren. Deze signalen gaan in ieder geval niet door metalen wanden en zijn dus ongeschikt voor vrachtcontainers en dergelijke.

Dan zijn er systemen die gebaseerd zijn op de detectie van gammastraling. Deze gaan gemakkelijk door metalen wanden en zijn in de eerste plaats ontworpen voor de detectie van nucleair materiaal. Maar ze vormen een aanzienlijk gezondheidsrisico voor de mens en zijn daarom niet geschikt om verstekelingen te spotten.

Ten slotte zijn er akoestische sensoren, die zeker signalen door metalen wanden kunnen sturen, maar nooit krachtig of gevoelig genoeg zijn geweest om mensen aan de andere kant nauwkeurig te detecteren.

Tot nu. Tegenwoordig verandert dat allemaal dankzij het werk van Franklin Felber bij Starmark, een wetenschappelijk adviesbureau gevestigd in San Diego, die een akoestische sensor heeft gebouwd en getest die zowel krachtig als gevoelig genoeg is om de ademhalingsbeweging te detecteren van een anders stilstaande mens op de andere kant van een ladingcontainerwand.

Het probleem met conventionele akoestische zenders is dat ze niet het soort signaal produceren dat mensen kan detecteren. Dit moet een specifieke, smalle frequentie hebben waarmee een sensor de verandering in reflecties kan opvangen van een object dat slechts enkele millimeters beweegt, zoals bijvoorbeeld een ademhalingskist. Een breedbandsignaal dat een reeks frequenties bestrijkt, vervaagt deze reflecties eenvoudig.

Het moet ook krachtig genoeg zijn om door een metalen muur te gaan, in de lucht aan de andere kant, dan te reflecteren van objecten en terug te gaan door de metalen muur naar een ontvanger.

Felber begon zijn werk door te experimenteren met commerciële, kant-en-klare piëzo-elektrische transducers. Deze veranderen van vorm wanneer ze worden blootgesteld aan een krachtige spanning. Het is deze verandering die een akoestisch signaal genereert.

Maar Felber ontdekte dat ze aanzienlijke tekortkomingen hadden. Het ernstigste was dat ze, om een ​​krachtig genoeg signaal te produceren, in de buurt van hun schadedrempel moesten opereren. Bovendien gebruiken ze enorme spanningen - in de buurt van 3.000 volt - en dit vereist gespecialiseerde stroomconditioneringscircuits. Erger nog, ze verliezen hun resonantie-eigenschappen wanneer ze aan een muur worden bevestigd en dit vermindert hun akoestische vermogen met een factor duizenden.

Maar Felber vond een opmerkelijk eenvoudig en efficiënt alternatief door gebruik te maken van een heel ander soort akoestische transducer die werkt met een batterij van negen volt. Zijn nieuwe machine is in wezen een hamer of, zoals hij het noemt, een mechanische slagzender.

Dit produceert een krachtig akoestisch signaal door herhaaldelijk op een metalen schijf te bonzen, die vervolgens resoneert op een specifieke frequentie. Bij bevestiging aan een containerwand gaat het signaal aan de andere kant de lucht in.

Een akoestische ontvanger pikt eventuele reflecties van elke puls op en een signaalprocessor trekt deze vervolgens af van de reflecties van de vorige puls. Reflecties die niet zijn veranderd, die van stilstaande objecten, heffen elkaar op. Dat laat alleen de reflecties van bewegende objecten, zoals mensen, over.

Felber heeft het apparaat getest en laat zien dat het een persoon aan de andere kant van een muur kan detecteren die in beweging is en zelfs een die stilstaat, alleen door de ademhaling.

Dat is een indrukwekkend stuk werk dat laat zien hoe een eenvoudig idee de meest geavanceerde materiaalwetenschap kan overtroeven.

Er zijn natuurlijk kanttekeningen. Het belangrijkste is de manier waarop het mechanische botslichaam aan de muur wordt gekoppeld.

Om goed te werken, moeten het apparaat en de ontvanger zorgvuldig aan de muur worden bevestigd op een manier die hun resonantiefrequenties niet significant verandert, omdat hierdoor de signalen verloren gaan.

In een test kan dat misschien wel, maar een belangrijke vraag is of het in de praktijk mogelijk is als duizenden vrachtcontainers gescand moeten worden in uiteenlopende weersomstandigheden.

Toch is Felber optimistisch. Hij zegt dat de apparaten in staat zijn om op afstand en niet-intrusief stalen vrachtcontainers te scannen op verstekelingen met een snelheid van twee containers per minuut.

Het feit dat er dringend een oplossing voor dit probleem nodig is, zal zeker de aandacht op dit werk vestigen en ons helpen focussen op de laatste paar praktische problemen die moeten worden opgelost.

Referentie: arxiv.org/abs/1507.01479 : Demonstratie van nieuwe krachtige akoestische door-de-muur sensor

zich verstoppen