Alles en iedereen continu traceerbaar. Dit belooft Ultra Wide Band (uwb). Een groot team Delftse wetenschappers ontwikkelt de benodigde zendertjes en ontvangers voor deze revolutioniare draadloze communicatietechnologie. Binnenkort maken de onderzoekers ook een uwb-lasergame voor scholieren.
Delen
Kinderen die zoekraken in een grote ballenbak, koffers van vliegtuigpassagiers die de verkeerde bestemming bereiken, of verdwaalde goederen bij havenoverslagen. Volgens universitair hoofddocent elektrotechniek dr.ir. Wouter Serdijn en uhd-netwerktheoreticus dr.ir. Geert Leus behoren deze taferelen binnenkort tot het verleden dankzij Ultra Wide Band (uwb), de draadloze communicatiemethode van de toekomst die een slimme omgeving creëert.
Met uwb kan de positie van alles en iedereen te alle tijden nauwkeurig gevolgd worden doordat talloze piepkleine zenders in muren, op mensen en voorwerpen informatie met elkaar uitwisselen tot op honderd meter afstand. Samen vormen al die apparaatjes een draadloos netwerk. Uwb zendertjes doen dit door radiopulsjes uit te zenden van enkele tientallen picoseconde (een picoseconde is een miljoenste van een miljoenste seconde), vergelijkbaar met radarsystemen. Die pulsjes schieten over een grote bandbreedte door de ether, van 3,1 gigahertz tot 10,6 gigahertz. Vandaar de naam Ultra Wide Band.
“Je zou ook belangrijke mensen op congressen, die beveiligd moeten worden, met uwb-zenders kunnen voorzien. Hun positie kun je dan continu volgen”, zegt Leus om nog maar eens een voorbeeld te noemen van de mogelijkheden. “Die plaatsbepaling werkt ook dwars door muren heen. Through-the-wall radar heet dat. Dat is ook handig bij reddingswerkzaamheden in ingestorte gebouwen.”
Leger
Serdijn en Leus zijn nauw betrokken bij AIR-LINK, een project gericht op uwb dat al vijf jaar draait en dat onderdeel uitmaakt van het grotere nationale Freeband Impulse programma gesubsidieerd door het ministerie van Economische Zaken. Tientallen onderzoekers en studenten van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica doen eraan mee. De TU is hiermee de belangrijkste uwb-onderzoeker in Europa. Ook in de Verenigde Staten is er veel interesse in uwb. Het onderzoek wordt daar voornamelijk gedreven doordat het leger wel potentie ziet in de technologie.
Zeven promovendi telt het Delftse project. De meesten van hen ronden in de loop van dit jaar hun onderzoek af. Zij hebben zich gericht op deelonderzoeken variërend van de voortplanting van de pulsjes door de lucht en de reflectie tegen objecten, het omzetten van de pulsjes in bitcodering tot het verwerken van energiezuinige elektronica op chips.
Op zijn bureau heeft Serdijn zo’n zendertje van de toekomst liggen. Een van zijn promovendi heeft het gemaakt. Inclusief antennes is het platte apparaatje ongeveer zo groot als een vlinder. Het zendertje zelf is een chip van enkele vierkante millimeter.
Doordat de chip met zeer laag vermogen uitzendt, maximaal een halve milliwatt, verbruikt het nauwelijks energie. De batterijtjes, die in de toekomst ook op de chip komen, kunnen hierdoor jaren meegaan. “Ik denk wel vijf jaar”, zegt Serdijn. En daarna, een hels gehannes om het batterijtje te vervangen? Serdijn schudt zijn hoofd: “De apparaatjes moeten zo klein worden dat je ze in stickers kunt verwerken. Je plakt dus gewoon nieuwe stickers aan de muur. Of misschien komen de zenders ook wel in verf te zitten. Dan moet je een nieuwe laag aanbrengen.”
Door het lage zendvermogen stoort uwb andere draadloze systemen niet en wordt het zelf ook niet gehinderd. Een belangrijk pluspunt in een ether waar het steeds drukker is en vrijwel elke radiofrequentie is verhuurd.
Maar klaar om de wereld te veroveren zijn de Delftenaren nog niet. In de chip op Serdijns’ bureau zit nu alleen nog maar de zender. De ontvanger is nu nog zo groot als een broodtrommel. “We moeten die zo klein maken dat hij ook op de sticker past”, zegt Serdijn. “Dat is mijn droom. Ik denk dat we dat over vier jaar voor elkaar hebben, en dat we dan ook zover zijn dat we ze goedkoop kunnen laten produceren. Dan kunnen we de chips verkopen”, aldus de onderzoeker, die speciaal hiervoor een spin offbedrijf heeft opgericht samen met Leus en prof.dr.ir.Patrick Dewilde.
Oliebedrijf British Petroleum gebruikt uwb in een raffinaderij om haar mensen, die onder gevaarlijke omstandigheden werken, in de gaten te houden. Maar voor zover de onderzoekers weten, gebruikt verder nog niemand de techniek. Daar is het nog niet handig genoeg voor. Bij wijze van experiment plaatsten de onderzoekers uwb-zenders en -ontvangers in een kantoor. “De ontvangers moesten nog met dikke kabels met elkaar verbonden worden”, vertelt Serdijn. “Mensen in het gebouw raakten door al onze werkzaamheden ontzettend afgeleid”, lacht hij.
Waarom is het zo lastig om een kleine uwb-ontvanger te maken, piepkleine radio-ontvangers bestaan immers al lang? Serdijn: “Sinds de opkomst van de radio begin vorige eeuw is de communicatietechnologie gericht op het verzenden van informatie over kleine bandbreedtes. Daarbinnen meten de ontvangers golfvariaties. Maar anders dan de huidige draadloze systemen als GSM, radio, TV, UMTS en Bluetooth, die volgens dit principe werken, gebruikt uwb ultrasnelle pulsjes als informatiedragers. Dat is een heel verschil. Het opvangen en het met elkaar vergelijken van opeenvolgende pulsjes van slechts tientallen picoseconden is technisch erg lastig.”
Ter illustratie haalt Serdijn een duimgroot apparaatje tevoorschijn. Het is het deel van de ontvanger dat pulsjes opvangt en een nanoseconde vertraagt. Het bestaat grotendeels uit een coaxkabeltje in een spiraalvorm. Door de ene puls te vertragen en de daaropvolgde direct door te laten, komen twee signalen tegelijkertijd aan bij de chip en kunnen ze met elkaar vergeleken worden. “Zijn de twee pulsen identiek dan levert dat een nul op, verschillen ze van elkaar dan is dat een één. Zo kunnen we bits versturen”, legt Serdijn uit. “Maar dit onderdeel is veel te groot. We hebben al een andere manier bedacht om de pulsjes met elkaar te vergelijken. We gaan de signalen uit elkaar rafelen. Al die kleine afzonderlijke stukjes van de puls kunnen we tijdelijk afzonderlijk opslaan in het geheugen in de chip.”
Rest de vraag of de maatschappij wel zit te springen om deze technologie? Als iedereen overal gevolgd kan worden, levert dat dan geen Big Brother situaties op? “Die stickers kun je van jezelf afhalen als je niet meer traceerbaar wilt zijn”, zegt Serdijn. “Maar je zou inderdaad situaties kunnen bedenken waarbij mensen chips geïmplanteerd krijgen”, beaamt Leus. “Er zitten inderdaad ethische vraagstukken aan uwb”, concludeert ook Serdijn. “Binnen onze werkgroep hebben we het daar ook over.”
Bang voor straling hoeven mensen in ieder geval niet te zijn. Een gemiddelde gsm straalt duizend â tienduizend maal sterker dan een uwb chip.
Academische Jaarprijs
“Er komt een fantastische technologie aan die ons in staat stelt oude dromen te verwezenlijken. Een wereld van de ambient intelligence, oftewel een wereld waarin de omgeving slim is. Deze technologie zal ons meer vrijheid geven. Alles kan traceerbaar worden en informatie reist met ons mee waar we ook naartoe gaan. Straks is dat niet meer dan logisch, als water uit de kraan.”
Prof.dr. Huib de Ridder van Industrieel Ontwerpen is enthousiast over uwb, om het maar zachtjes uit te drukken. De ontwerper wil proberen de vonk die hem trof over te brengen op scholieren. “De schoonheid van de technologie die achter uwb schuilt, die moeten we ook zien uit te leggen aan jongeren zodat zij willen meewerken aan het verder ontwikkelen van de technologie. Ethische vraagstukken over wat uwb bijvoorbeld kan betekenen voor de privacy van mensen zullen we daarbij niet uit de weg gaan.”
Die boodschap overbrengen is voor een groot deel De Ridders taak. Vorige week hoorde het uwb-team namelijk dat hun project door is naar de tweede ronde van de Academische jaarprijs. Bij deze jaarlijkse wedstrijd, georganiseerd door NRC Handelsblad, proberen veertien universiteiten wetenschappelijke onderzoek zo aantrekkelijk mogelijk te presenteren aan een groot publiek. De winnaar krijgt honderdduizend euro. De Ridder en zijn collega’s van EWI hopen dit geld te kunnen gaan gebruiken om een lespakket voor scholieren te maken en om een lasergame te ontwikkelen.
Bij de lasergame . een indoor spel waarbij twee teams elkaar met laserpistolen beschieten in een doolhof – kunnen de deelnemers door uwb elkaars positie en die van de tegenspelers in het veld volgen. Daarnaast kunnen de spelers afhankelijk van hun positie in het veld speciale opdrachten krijgen. Hoe het spel er exact uit komt te zien weet De Ridder nog niet. “Maar van belang is dat de kinderen het spel zelf complexer kunnen maken door middel van uwb. Het spel moet een duidelijk interactief element hebben.”
Maar is laser gamen niet vooral iets voor schietgrage jongens? “Hoe zorgen we ervoor dat meisjes de techniek ook omarmen, dat is zeker iets waar we aandacht aan moeten besteden”, zegt De Ridder.
“Tja, misschien vindt niet iedereen een lasergame leuk”, zegt Serdijn. “Maar het traceren van koffers, dat lijkt me ook niet echt leuk. We zitten ook nog te denken aan een soort ‘adventure’. Daarbij moet je denken aan een driedimensionale doolhof waarin scholieren allerlei opdrachten moet uitvoeren, afhankelijk van waar ze zich bevinden. Dit voorjaar moeten we ons definitieve plan insturen.”
RFID biedt ook uitkomst
Op een overslagterrein in Rotterdam staan vijftien duizend auto’s. Twee mensen zijn fulltime bezig auto’s die zoek zijn op te sporen. “Het bedrijf is nu bezig de wagens te voorzien van Radio Frequency Identification (RFID) tags”, vertelt Wouter Serdijn. “Deze etiketjes zenden radiosignalen uit zodat ze makkelijker te vinden zijn. In feite zeggen ze: hier ben ik en ik ben dit type auto. Ze gebruiken hiervoor enkele smalle bandbreedtes.”
RFID is een technologie die aan een sterke opmars bezig is, vooral in Amerika, waar defensie en supermarktketen Wall Mart er veel onderzoek naar doen. Wall Mart wil RFID-zendertjes plakken op al haar producten. Klanten rijden dan met hun volle kar langs een scanner. De scanner ziet in een oogopslag wat er afgerekend moet worden. Dit zijn actieve RFID-zendertjes. Ze zenden een code uit waarmee ze zich identificeren.
Er zijn ook passieve zenders, zoals de stickers in boeken. Een radioscanner bij de uitgang meet dan slechts dat er een object illegaal het poortje passeert.
Ultra wide band zal deze stickers niet vervangen, verwacht Serdijn. Zeker de passieve variant is erg goedkoop. Het is voornamelijk een sticker met een stukje koper erin. De onderzoeker verwacht dat de twee technologieën naast elkaar zullen bestaan. RFID is simpeler en goedkoper, maar maakt alleen communicatie in één richting mogelijk. Met uwb daarentegen kunnen complexe communicatienetwerken gecreëerd worden.
Met uwb-technologie willen Delftse onderzoekers lasergamen nog spannender maken.(Foto: ANP)
Kinderen die zoekraken in een grote ballenbak, koffers van vliegtuigpassagiers die de verkeerde bestemming bereiken, of verdwaalde goederen bij havenoverslagen. Volgens universitair hoofddocent elektrotechniek dr.ir. Wouter Serdijn en uhd-netwerktheoreticus dr.ir. Geert Leus behoren deze taferelen binnenkort tot het verleden dankzij Ultra Wide Band (uwb), de draadloze communicatiemethode van de toekomst die een slimme omgeving creëert.
Met uwb kan de positie van alles en iedereen te alle tijden nauwkeurig gevolgd worden doordat talloze piepkleine zenders in muren, op mensen en voorwerpen informatie met elkaar uitwisselen tot op honderd meter afstand. Samen vormen al die apparaatjes een draadloos netwerk. Uwb zendertjes doen dit door radiopulsjes uit te zenden van enkele tientallen picoseconde (een picoseconde is een miljoenste van een miljoenste seconde), vergelijkbaar met radarsystemen. Die pulsjes schieten over een grote bandbreedte door de ether, van 3,1 gigahertz tot 10,6 gigahertz. Vandaar de naam Ultra Wide Band.
“Je zou ook belangrijke mensen op congressen, die beveiligd moeten worden, met uwb-zenders kunnen voorzien. Hun positie kun je dan continu volgen”, zegt Leus om nog maar eens een voorbeeld te noemen van de mogelijkheden. “Die plaatsbepaling werkt ook dwars door muren heen. Through-the-wall radar heet dat. Dat is ook handig bij reddingswerkzaamheden in ingestorte gebouwen.”
Leger
Serdijn en Leus zijn nauw betrokken bij AIR-LINK, een project gericht op uwb dat al vijf jaar draait en dat onderdeel uitmaakt van het grotere nationale Freeband Impulse programma gesubsidieerd door het ministerie van Economische Zaken. Tientallen onderzoekers en studenten van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica doen eraan mee. De TU is hiermee de belangrijkste uwb-onderzoeker in Europa. Ook in de Verenigde Staten is er veel interesse in uwb. Het onderzoek wordt daar voornamelijk gedreven doordat het leger wel potentie ziet in de technologie.
Zeven promovendi telt het Delftse project. De meesten van hen ronden in de loop van dit jaar hun onderzoek af. Zij hebben zich gericht op deelonderzoeken variërend van de voortplanting van de pulsjes door de lucht en de reflectie tegen objecten, het omzetten van de pulsjes in bitcodering tot het verwerken van energiezuinige elektronica op chips.
Op zijn bureau heeft Serdijn zo’n zendertje van de toekomst liggen. Een van zijn promovendi heeft het gemaakt. Inclusief antennes is het platte apparaatje ongeveer zo groot als een vlinder. Het zendertje zelf is een chip van enkele vierkante millimeter.
Doordat de chip met zeer laag vermogen uitzendt, maximaal een halve milliwatt, verbruikt het nauwelijks energie. De batterijtjes, die in de toekomst ook op de chip komen, kunnen hierdoor jaren meegaan. “Ik denk wel vijf jaar”, zegt Serdijn. En daarna, een hels gehannes om het batterijtje te vervangen? Serdijn schudt zijn hoofd: “De apparaatjes moeten zo klein worden dat je ze in stickers kunt verwerken. Je plakt dus gewoon nieuwe stickers aan de muur. Of misschien komen de zenders ook wel in verf te zitten. Dan moet je een nieuwe laag aanbrengen.”
Door het lage zendvermogen stoort uwb andere draadloze systemen niet en wordt het zelf ook niet gehinderd. Een belangrijk pluspunt in een ether waar het steeds drukker is en vrijwel elke radiofrequentie is verhuurd.
Maar klaar om de wereld te veroveren zijn de Delftenaren nog niet. In de chip op Serdijns’ bureau zit nu alleen nog maar de zender. De ontvanger is nu nog zo groot als een broodtrommel. “We moeten die zo klein maken dat hij ook op de sticker past”, zegt Serdijn. “Dat is mijn droom. Ik denk dat we dat over vier jaar voor elkaar hebben, en dat we dan ook zover zijn dat we ze goedkoop kunnen laten produceren. Dan kunnen we de chips verkopen”, aldus de onderzoeker, die speciaal hiervoor een spin offbedrijf heeft opgericht samen met Leus en prof.dr.ir.Patrick Dewilde.
Oliebedrijf British Petroleum gebruikt uwb in een raffinaderij om haar mensen, die onder gevaarlijke omstandigheden werken, in de gaten te houden. Maar voor zover de onderzoekers weten, gebruikt verder nog niemand de techniek. Daar is het nog niet handig genoeg voor. Bij wijze van experiment plaatsten de onderzoekers uwb-zenders en -ontvangers in een kantoor. “De ontvangers moesten nog met dikke kabels met elkaar verbonden worden”, vertelt Serdijn. “Mensen in het gebouw raakten door al onze werkzaamheden ontzettend afgeleid”, lacht hij.
Waarom is het zo lastig om een kleine uwb-ontvanger te maken, piepkleine radio-ontvangers bestaan immers al lang? Serdijn: “Sinds de opkomst van de radio begin vorige eeuw is de communicatietechnologie gericht op het verzenden van informatie over kleine bandbreedtes. Daarbinnen meten de ontvangers golfvariaties. Maar anders dan de huidige draadloze systemen als GSM, radio, TV, UMTS en Bluetooth, die volgens dit principe werken, gebruikt uwb ultrasnelle pulsjes als informatiedragers. Dat is een heel verschil. Het opvangen en het met elkaar vergelijken van opeenvolgende pulsjes van slechts tientallen picoseconden is technisch erg lastig.”
Ter illustratie haalt Serdijn een duimgroot apparaatje tevoorschijn. Het is het deel van de ontvanger dat pulsjes opvangt en een nanoseconde vertraagt. Het bestaat grotendeels uit een coaxkabeltje in een spiraalvorm. Door de ene puls te vertragen en de daaropvolgde direct door te laten, komen twee signalen tegelijkertijd aan bij de chip en kunnen ze met elkaar vergeleken worden. “Zijn de twee pulsen identiek dan levert dat een nul op, verschillen ze van elkaar dan is dat een één. Zo kunnen we bits versturen”, legt Serdijn uit. “Maar dit onderdeel is veel te groot. We hebben al een andere manier bedacht om de pulsjes met elkaar te vergelijken. We gaan de signalen uit elkaar rafelen. Al die kleine afzonderlijke stukjes van de puls kunnen we tijdelijk afzonderlijk opslaan in het geheugen in de chip.”
Rest de vraag of de maatschappij wel zit te springen om deze technologie? Als iedereen overal gevolgd kan worden, levert dat dan geen Big Brother situaties op? “Die stickers kun je van jezelf afhalen als je niet meer traceerbaar wilt zijn”, zegt Serdijn. “Maar je zou inderdaad situaties kunnen bedenken waarbij mensen chips geïmplanteerd krijgen”, beaamt Leus. “Er zitten inderdaad ethische vraagstukken aan uwb”, concludeert ook Serdijn. “Binnen onze werkgroep hebben we het daar ook over.”
Bang voor straling hoeven mensen in ieder geval niet te zijn. Een gemiddelde gsm straalt duizend â tienduizend maal sterker dan een uwb chip.
Academische Jaarprijs
“Er komt een fantastische technologie aan die ons in staat stelt oude dromen te verwezenlijken. Een wereld van de ambient intelligence, oftewel een wereld waarin de omgeving slim is. Deze technologie zal ons meer vrijheid geven. Alles kan traceerbaar worden en informatie reist met ons mee waar we ook naartoe gaan. Straks is dat niet meer dan logisch, als water uit de kraan.”
Prof.dr. Huib de Ridder van Industrieel Ontwerpen is enthousiast over uwb, om het maar zachtjes uit te drukken. De ontwerper wil proberen de vonk die hem trof over te brengen op scholieren. “De schoonheid van de technologie die achter uwb schuilt, die moeten we ook zien uit te leggen aan jongeren zodat zij willen meewerken aan het verder ontwikkelen van de technologie. Ethische vraagstukken over wat uwb bijvoorbeld kan betekenen voor de privacy van mensen zullen we daarbij niet uit de weg gaan.”
Die boodschap overbrengen is voor een groot deel De Ridders taak. Vorige week hoorde het uwb-team namelijk dat hun project door is naar de tweede ronde van de Academische jaarprijs. Bij deze jaarlijkse wedstrijd, georganiseerd door NRC Handelsblad, proberen veertien universiteiten wetenschappelijke onderzoek zo aantrekkelijk mogelijk te presenteren aan een groot publiek. De winnaar krijgt honderdduizend euro. De Ridder en zijn collega’s van EWI hopen dit geld te kunnen gaan gebruiken om een lespakket voor scholieren te maken en om een lasergame te ontwikkelen.
Bij de lasergame . een indoor spel waarbij twee teams elkaar met laserpistolen beschieten in een doolhof – kunnen de deelnemers door uwb elkaars positie en die van de tegenspelers in het veld volgen. Daarnaast kunnen de spelers afhankelijk van hun positie in het veld speciale opdrachten krijgen. Hoe het spel er exact uit komt te zien weet De Ridder nog niet. “Maar van belang is dat de kinderen het spel zelf complexer kunnen maken door middel van uwb. Het spel moet een duidelijk interactief element hebben.”
Maar is laser gamen niet vooral iets voor schietgrage jongens? “Hoe zorgen we ervoor dat meisjes de techniek ook omarmen, dat is zeker iets waar we aandacht aan moeten besteden”, zegt De Ridder.
“Tja, misschien vindt niet iedereen een lasergame leuk”, zegt Serdijn. “Maar het traceren van koffers, dat lijkt me ook niet echt leuk. We zitten ook nog te denken aan een soort ‘adventure’. Daarbij moet je denken aan een driedimensionale doolhof waarin scholieren allerlei opdrachten moet uitvoeren, afhankelijk van waar ze zich bevinden. Dit voorjaar moeten we ons definitieve plan insturen.”
RFID biedt ook uitkomst
Op een overslagterrein in Rotterdam staan vijftien duizend auto’s. Twee mensen zijn fulltime bezig auto’s die zoek zijn op te sporen. “Het bedrijf is nu bezig de wagens te voorzien van Radio Frequency Identification (RFID) tags”, vertelt Wouter Serdijn. “Deze etiketjes zenden radiosignalen uit zodat ze makkelijker te vinden zijn. In feite zeggen ze: hier ben ik en ik ben dit type auto. Ze gebruiken hiervoor enkele smalle bandbreedtes.”
RFID is een technologie die aan een sterke opmars bezig is, vooral in Amerika, waar defensie en supermarktketen Wall Mart er veel onderzoek naar doen. Wall Mart wil RFID-zendertjes plakken op al haar producten. Klanten rijden dan met hun volle kar langs een scanner. De scanner ziet in een oogopslag wat er afgerekend moet worden. Dit zijn actieve RFID-zendertjes. Ze zenden een code uit waarmee ze zich identificeren.
Er zijn ook passieve zenders, zoals de stickers in boeken. Een radioscanner bij de uitgang meet dan slechts dat er een object illegaal het poortje passeert.
Ultra wide band zal deze stickers niet vervangen, verwacht Serdijn. Zeker de passieve variant is erg goedkoop. Het is voornamelijk een sticker met een stukje koper erin. De onderzoeker verwacht dat de twee technologieën naast elkaar zullen bestaan. RFID is simpeler en goedkoper, maar maakt alleen communicatie in één richting mogelijk. Met uwb daarentegen kunnen complexe communicatienetwerken gecreëerd worden.
Met uwb-technologie willen Delftse onderzoekers lasergamen nog spannender maken.(Foto: ANP)
Comments are closed.