När någon begravs av en lavin, jordbävning eller annan katastrof, en snabb räddning kan göra skillnaden mellan liv och död. Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR har utvecklat en ny sorts mobil radarenhet som snabbt och grundligt kan söka i hektarstora områden. Den nya tekniken kombinerar större rörlighet med exakt detektering av vitala tecken.

Vissa regioner i världen registrerar hundratals jordskakningar om dagen. De flesta av dessa är av mindre karaktär – men ibland inträffar en jordbävning med sådan destruktiv kraft att den förstör byggnader och utlöser tsunamier som ödelägger enorma områden. Inför denna typ av katastrof, räddningspersonal kämpar ofta för att lokalisera och gräva fram skadade snabbt nog för att rädda dem. Även om radarenheter kan ge användbar hjälp, nuvarande system är begränsade till stationär drift. Ställ upp på en fast plats, de kan bara söka upp till ett avstånd på tjugo till trettio meter, beroende på radarspecifikationerna. Vid katastrofer som involverar storskalig förstörelse, detta avstånd är helt enkelt för kort.

Baserad i Wachtberg, Tyskland, Fraunhofer FHR erbjuder en teknik som syftar till att avsevärt öka sökradien. "Vad vi har utvecklat är ett mobilt radarsystem som lokaliserar människor begravda under spillrorna genom att detektera deras puls och andning, säger Reinhold Herschel, en teamledare på Fraunhofer FHR. "Vårt långsiktiga mål är att montera den här radarenheten på en drönare och flyga den över katastrofplatsen. Detta skulle göra sökningar snabbare och effektivare även i områden som sträcker sig över olika hektar."

Flera sändare och mottagare möjliggör olika utsiktspunkter

I grundläggande termer, radarenheten fungerar genom att sända ut vågor. En del av varje våg reflekteras av skräpet, men en del av vågen passerar genom spillrorna och reflekteras av människor och allt annat som är begravt under det. Avståndet till ett objekt beräknas genom att mäta hur lång tid det tar för signalen att återvända till detektorn i radarsystemet. Om det föremålet rör sig – även om det bara är en begravd persons hud som stiger och faller några hundra mikrometer med varje hjärtslag – ändrar detta fasen på signalen. Detsamma gäller de små rörelser som orsakas av deras andning. Människor tar vanligtvis ett andetag inte mer än 10 till 12 gånger i minuten, medan hjärtat slår i genomsnitt 60 gånger i minuten, så det är relativt enkelt att skilja mellan dessa olika signalförändringar med hjälp av algoritmer. Forskarna kan också fastställa exakt var den begravda personen befinner sig.

Detta möjliggörs av en speciell typ av radar som kallas MIMO, som står för multipla input, flera utgångar. MIMO-radarer använder flera sändare och mottagare för att ställa in olika "vintagepunkter" som sedan kan användas för att identifiera den exakta platsen där ambulanspersonalen ska gräva efter överlevande.

Algoritmen upptäcker oregelbundna hjärtslag

Det som är unikt med denna teknik är dess kombination av rörlighet och exakt detektering av människors vitala tecken. Rörlighetsfördelen hänvisar i allmänhet till exempel som att montera enheten på en drönare och flyga den över katastrofplatsen, men det är också möjligt att vända denna princip på huvudet. Installera systemet på en fast plats, till exempel, och den kan användas för att upptäcka vitala tecken på människor som rör sig nära radarn. Det finns ett antal situationer där detta kan vara användbart, som att ge första hjälpen till ett stort antal skadade i en sporthall efter en jordbävning. I detta fall, radarenheten kan användas för att registrera vitala tecken och tilldela dem till varje individ för att avgöra vem som är i mest akut behov av hjälp. I det här exemplet, Algoritmen fokuserar främst på att upptäcka förändringar som om någons hjärta slår oregelbundet eller om en patient andas mycket snabbt. Radarsystemet kan särskilja de enskilda signalerna och visa dem separat. Noggrannheten är också hög, med enheten som mäter pulsfrekvenser med 99 procents noggrannhet jämfört med avläsningar gjorda med bärbara pulsmätare. Mer forskning behövs fortfarande för att använda radarn för att hitta människor begravda under spillrorna, men forskare har redan gjort betydande framsteg när det gäller att upptäcka vitala tecken nära det stationära radarsystemet, framgångsrikt testa den på avstånd på upp till 15 meter. Nästa steg mot en livskraftig produkt skulle vara att genomföra en verifieringsstudie med en partner på den medicinska arenan.

När radarsystemet har fått en positiv utvärdering baserad på tillräckliga data, det kan sedan gå in i en certifieringsprocess med intresserade industripartners. Det kommer troligen att ta cirka två år till innan utvecklarna skapar en produkt som är tillräckligt noggrann för att detektera nedgrävda olyckor på ett tillförlitligt sätt i knepiga scenarier som jord eller betong och lämplig för UAV-baserade applikationer. Fraunhofer FHR kommer att fortsätta sin forskning inom detta område för att nå detta ambitiösa mål.