Sviluppi nella tecnologia delle porte senza tag UWB

L'Ultra-Wideband (UWB) è una tecnologia che permette di tracciare con precisione la posizione dei dispositivi. Può localizzare un dispositivo a pochi centimetri di distanza. Questa capacità rende l'UWB una scelta fantastica per servizi che necessitano di soluzioni di prossimità precise. L'UWB funziona in modo diverso rispetto ai dispositivi tradizionali come Wi-Fi e Bluetooth, che sono più limitati in termini di portata e precisione.

Una delle applicazioni più interessanti dell'UWB è il UWB Tagless Gate (UTG). Questo sistema consente alle persone di passare attraverso i cancelli senza dover toccare i propri dispositivi mobili (MD) su alcun sensore. Invece, quando una persona si avvicina al cancello con lo smartphone, il sistema calcola la sua posizione esatta usando la tecnologia UWB e apre automaticamente il cancello.

#Come Funziona l'UWB

L'UWB funziona usando due metodi principali per misurare la distanza: Downlink Time-Difference of Arrival (DL-TDoA) e Double-Sided Two-Way Ranging (DS-TWR).

1. DL-TDoA: In questo metodo, il dispositivo mobile ascolta i messaggi di diversi ancoraggi UWB nelle vicinanze. Calcola la sua posizione misurando il tempo che impiegano i segnali inviati da questi ancoraggi per raggiungerlo. Per far funzionare questo, sono necessari almeno tre ancoraggi per una posizione accurata.

2. DS-TWR: Questo metodo prevede uno scambio di messaggi tra il dispositivo mobile e gli ancoraggi UWB. Il dispositivo riceve un segnale, risponde e poi l'ancoraggio misura il tempo che i segnali impiegano per raggiungersi, aiutando a calcolare la distanza.

Entrambi i metodi dipendono dall'accuratezza dei segnali, che possono essere disturbati da ostacoli o interferenze, influenzando le prestazioni.

#Il Sistema UWB Tagless Gate

Il sistema UWB Tagless Gate utilizza sia DL-TDoA che DS-TWR per fornire un'esperienza fluida agli utenti. Quando una persona entra nell'area vicino al cancello, il suo smartphone rileva il cancello più vicino. Nel passo successivo, lo smartphone comunica con il cancello per sbloccarlo.

La sfida principale è garantire che lo smartphone conosca la sua posizione esatta. Se la posizione del telefono non è accurata, il cancello potrebbe non funzionare correttamente. Ad esempio, se il telefono è in una tasca posteriore, il segnale potrebbe essere bloccato e il cancello potrebbe non aprirsi quando dovrebbe.

#La Necessità di una Posizione Accurata

Una posizione accurata è cruciale affinché il sistema UWB Tagless Gate funzioni correttamente. Nella vita reale, vari fattori, come la postura dell'utente o dove viene tenuto il dispositivo, possono influenzare l'accuratezza delle letture di posizione.

Ad esempio, se un dispositivo è in una tasca anteriore, il segnale potrebbe essere più chiaro rispetto a quando è posizionato in una tasca posteriore, dove il corpo umano può ostacolare il segnale. Per affrontare questo problema, il sistema deve identificare la posa, o posizione, del dispositivo sul corpo dell'utente.

#Selezione Dinamica degli Ancoraggi

Il sistema propone una soluzione chiamata selezione dinamica degli ancoraggi. Questa tecnica aiuta a identificare i migliori ancoraggi da utilizzare per calcolare la posizione del dispositivo, migliorando significativamente l'accuratezza.

Quando un dispositivo rileva che l'utente è vicino al cancello, raccoglie dati dagli ancoraggi disponibili. Valuta la qualità del segnale di ciascun ancoraggio. Questo consente al sistema di scegliere gli ancoraggi che forniscono i segnali più chiari, portando a una migliore accuratezza nella determinazione della posizione dell'utente.

#Predizione della Posa in Tempo Reale

Un altro aspetto critico del sistema UWB Tagless Gate è la predizione della posa in tempo reale. Per migliorare l'accuratezza della rilevazione della posizione, il sistema identifica come il dispositivo viene tenuto o indossato.

Utilizzando metodi di deep learning, il sistema analizza i dati dai sensori dello smartphone per determinare la posa. Ad esempio, se il dispositivo è tenuto in mano o posizionato in una tasca. Queste diverse pose possono cambiare drasticamente le prestazioni del sistema UWB.

Il sistema classifica le pose in categorie:

• In Mano: Quando il dispositivo è nella mano dell'utente, il segnale è spesso forte e chiaro.
• Tasca Anteriore: I segnali possono essere ancora buoni, ma potrebbero essere leggermente influenzati a seconda della distanza dal cancello.
• Tasca Posteriore: I segnali sono spesso bloccati o indeboliti, portando a potenziali imprecisioni.

Conoscendo la posa, il sistema può adattare il suo approccio in tempo reale per fornire il miglior servizio possibile.

#Il Ruolo del Deep Learning

Il deep learning gioca un ruolo significativo sia nella selezione dinamica degli ancoraggi che nella predizione della posa. Il sistema utilizza i dati raccolti dai sensori del dispositivo e dai segnali UWB per addestrare modelli in grado di classificare la posa del dispositivo.

I metodi proposti prevedono l'uso di reti neurali convoluzionali (CNN) e reti LSTM (Long Short-Term Memory). Questi modelli possono analizzare grandi quantità di dati e imparare a identificare diverse pose e le rispettive qualità del segnale.

#Implementazione e Test

La tecnologia è stata implementata su smartphone commerciali, in particolare sui dispositivi Samsung dotati di moduli UWB. Il team di sviluppo ha svolto test approfonditi in ambienti controllati per garantire che il sistema funzioni in condizioni reali.

In questi test, sono stati impostati diversi scenari per valutare quanto bene il sistema si comportasse in varie pose e condizioni. I risultati hanno indicato che il sistema ha classificato le pose con maggiore accuratezza e ha fornito una migliore localizzazione, specialmente in ambienti difficili.

#Risultati delle Prestazioni

I risultati dell'implementazione di questo nuovo approccio hanno mostrato miglioramenti significativi:

• L'accuratezza dell'identificazione della posizione è aumentata di oltre il 60% quando il dispositivo si trovava in una posizione meno favorevole (come una tasca posteriore).
• Il sistema ha anche previsto correttamente la posa del dispositivo oltre il 90% delle volte.

Questi risultati dimostrano che il nuovo metodo non solo migliora l'esperienza dell'utente, ma aumenta anche l'affidabilità del sistema UWB Tagless Gate.

#Sfide e Limitazioni

Nonostante i progressi, rimangono delle sfide. Vari ostacoli possono ancora influenzare la qualità del segnale, come muri o altre barriere. Le prestazioni del sistema possono diminuire in aree molto affollate o in spazi con molte persone in movimento.

Inoltre, la necessità di un'operazione in tempo reale significa che eventuali ritardi nel trattamento dei dati possono portare a risultati meno accurati. Il design deve garantire che i trasferimenti di dati e i calcoli avvengano abbastanza rapidamente per evitare di interrompere l'esperienza dell'utente.

#Prospettive Future

In futuro, il team punta a rifinire ulteriormente il sistema. Gli sviluppi futuri potrebbero includere l'integrazione di sensori aggiuntivi per fornire una comprensione più completa dell'ambiente. L'obiettivo è rendere il servizio UWB Tagless Gate ancora più reattivo e affidabile.

Man mano che la tecnologia UWB continua ad evolversi, ci aspettiamo di vederla utilizzata in applicazioni quotidiane, dai pagamenti ai sistemi di chiavi per auto avanzate, tutte mirate a migliorare la comodità e la sicurezza per gli utenti.

#Conclusione

Il sistema UWB Tagless Gate rappresenta un importante passo avanti nei servizi di prossimità, offrendo un modo senza soluzione di continuità e preciso per gli utenti di passare attraverso i cancelli. Sfruttando la selezione dinamica degli ancoraggi e la predizione della posa in tempo reale, il sistema può superare le sfide che ostacolano tipicamente l'accuratezza dei servizi di localizzazione.

Con la continua ricerca e sviluppo, la tecnologia UWB ha un enorme potenziale per trasformare il modo in cui interagiamo con il mondo che ci circonda, rendendo i compiti quotidiani più facili ed efficienti. Man mano che più dispositivi adottano questa tecnologia, possiamo aspettarci un futuro in cui il tracciamento della posizione accurato sarà una caratteristica standard in molte applicazioni.