 Für den ersten Tag heute werden wir elektromagnetische Strahlung isolieren im Bereich der W-Landstrahlung. Der Sprecher hat sein Junior Forschungsprojekt und einer seiner Studenten hat dieses Wake gemacht. Und ja, vielen Dank. Guten Morgen und vielen Dank, dass ihr mich hier habt auf diesem Kongress. Ich habe es schon sehr genossen. In diesem Vortrag möchte ich auf kabelose Signale anschauen von einem ganz anderen Standpunkt. Wenn wir kabelose Signale denken, dann denken wir meistens in Datenpakete, Nachrichten, Laufzeiten, Protokolle und so weiter und so fort. Aber wir können sie anschauen, aber von einem ganz anderen Standpunkt anschauen. Von dem Standpunkt, dass es eigentlich nur Licht ist. Das ist ein ziemlich starker Aussage, aber es sieht eigentlich sehr genau aus. Von einem Physikerhaus, ein kabeloses Signal, ist eigentlich dasselbe wie ein Laserstrahl oder das Licht, das von der Sonne kommt. Es ist einfach nur elektromagnetische Strahlung, die von Maxwell-Gleichung beschrieben wird. Also eine oscillierende elektronische und magnetisches Feld. Das einzige Unterschied ist, dass man die Wellenlänge von diesen Signalen viel wesentlich länger ist als das sichtbare Licht. Also das sichtbare Licht hat eine Wellenlänge von ungefähr einem Mikrometer und die Signale in unseren Geräten haben eine Wellenlänge im Bereich von einigen Zentimetern bis mehr als 10 Zentimetern. Und ein weiter wichtiger Unterschied ist, dass man sie nicht sehen kann. Und von einem Physiker aus, für einen Physiker ist das sehr interessant, weil das hat sehr überraschende Auswirkungen. Denn das heißt, dass die unsere moderne Welt eigentlich total hell ausgeleuchtet ist von den ganzen kabelosen Geräten, die wir benutzen. Also dieser ganze Raum hier ist, der strahlt eigentlich in tausenden Farben, aber die können wir einfach nicht sehen, weil sie eben in der Mikrowellenlänge, das impliziert aber auch, dass es ein großes Potenzial für Sicherheitslögen gibt für diese Geräte, denn jedes Gerät, das man benutzt, ist ein dreidimensionales Bild meiner Umgebung an die Welt übertragen. Egal, was ich tue. Und das hat uns nachdenklich gemacht. Wir haben drüber nachgedacht, ob wir das aufzeichnen können und ob wir das Bild zeigen können. Ob wir eine Kamera bauen können, die diese Form von Wellen sichtbar machen kann. Und damit wir die Welt so gut wie möglich, als wenn unsere Augen in diesen Wellenlängen sehen könnten, um das mal abzukürzen. Wir haben es geschafft. Und hier ist das Ergebnis, was wir bekommen haben. Das ist ein Bild von unserem Labor. Und das bunte, was du siehst, das ist Wi-Fi, das sind Wi-Fi Wellen von dem Router hinten in der Hand. Und wir können sehen, wie das durch den Raum geht und sich bewegt. Und wir können Objekte sehen, die wir im Labor hinstellen, werfen Schatten. Und jetzt im Rest des Vortrags werde ich euch darstellen, wie wir das gemacht haben und wofür es nützlich sein könnte. Und dass wir denken, es ist schon ein ernstenehmender Sicherheitsproblematik. Ich möchte mal mit einer gröberen Übersicht anfangen. Und euch ein bisschen sagen, was in vergangenen Jahren hier so passiert ist. Also diese elektromagnischen Wellen zu hacken, und was für nützliche Information man gerade rausholen kann, das ist schon ein lebendiges Forschungsfeld geworden. Wir waren nicht die Einzigen, denen das aufgefallen ist, und dass das eine interessante Sache ist, sich anzuschauen. Da waren andere Labors, die andere Richtungen zu diesem Thema angeschaut haben, die Wi-Fi Wellen angeschaut haben. Und im MIT ist hier ein Ergebnis. Die ändern Wi-Fi Router in so eine Art und Weise, wo sie ausnutzen, dass moderne Router ein Antennenerei haben, also ein Gitter von Antennen haben, und sie nutzen dieses Gitter, um den Strahl der Daten zu auszurichten in eine bestimmte Richtung, zu bündeln in eine bestimmte Richtung. Das heißt, der Router kann entscheiden, aber nach links oder nach rechts schickt. Und das kann man nutzen, und man kann also ein Strahl in zwei Dimensionen nachverfolgen und auf bestimmte Dinge schauen. Und wenn man hier schaut, das kann man in den Raum schauen. Wenn man in den Raum reinschaut, dann kann man von den Reflektionen ein Bild machen, das ist was man auf der rechten Seite gesehen hatte. Man kann auch einfach nur Dämpfung finden. Also ich nehme einen Router und einen Empfänger und ich messe einfach die Dämpfung zwischen den beiden. Und wenn ich das auf einer beweglichen Plattform montiere, zum Beispiel einer Drohne, dann kann ich Sender und Empfänger um ein Gebäude rumfliegen und jede Sichtlinie, jede gerade Linie, kann ich darauf überprüfen, wie stark sie dämpft. Und daraus kann ich ein dreiliches Bild erzeugen, so wie das hier in dem Bild gezeigt worden ist. Also ist es schon einiges gemacht worden. Aber diese vorangegangene Arbeit hat noch nicht die Antwort zu dem geliefert, was wir gefragt haben. Wie würde die Welt durch Wi-Fi-Augen aussehen? Also wir haben jetzt noch nicht die Qualität eines Insektenauges herstellen können. Also wir haben noch nicht die Qualität eines Insektenauges herstellen können. Also wir haben entweder eine Strahle in eine bestimmte Richtung geschaut oder wir haben die Dämpfung in einer bestimmten Richtung gemessen und dann verschiedene Winkel und damit ein Bild zur ganzen Welt zusammengesetzt. Aber unser Labor wollte wissen, ob wir ein volles 3D-Bild erzeugen können, so wie wir das mit sich warmlicht machen. Und wir haben darüber nachgedacht. Und es ergibt sich, dass man das tun kann und dass es sogar relativ einfach ist. Also Holografie ist, wie man dieses Problem lösen kann. Hologramme habt ihr bestimmt alle schon mal gesehen. Das sind diese wirklich beeindruckenden Bilder, die dreidimensional aussehen, wie man sie anschaut und man kann sie drehen und die Blickwinkeln anschauen. Die sehen nicht wie ein Foto aus, sondern die sehen eher aus wie ein Fenster in eine virtuelle Welt, die eingefroren ist durch dieses Foto. Hologramme. Und man kann die sogar in einer relativ einfachen Art und Weise herstellen. Man braucht noch nicht mal eine Linse. Man muss nur das Objekt mit coherentem Licht beleuchten und das auf einer Kamera aufnehmen, die Phasen sensitiv ist, die Phasen empfindlich ist. Also lasst mich das mal in einer moor sichtbaren Art erzeugen. Ein Hologramme. Also wir erfassen mehr Informationen in dem Hologramm als in einem normalen Fotograf. Ein normales Foto erfasst nur die Stärke, die Intensität und das Foto wird heller oder dunkel. Aber das ist auf eine 2D-Fläche, 2-Demissionale, welche beschränkt. Ein Hologramm kann mehr machen. Ein Hologramm ist ein Foto, eine Phasen-coherente Aufzeichnung. Das heißt also, das erfasst nicht nur die Menge Licht, die dort erfassen wurde, sondern auch die Richtung, aus der das gekommen ist. Das heißt also, in einem Hologramm friert man die ganzen Lichtstrahlen, die auf diese Fläche auftreffen, und in einem Hologramm, erweckt man sie wieder zum Leben. Das heißt also, wenn man das Hologramme anschaut, dann sieht man diese ursprünglichen Lichtstrahlen und ihre Richtung. Und wir können eine 3D-Sichter draufkriegen. So, wie wird das gemacht? Das wird eben über diese 4D-Fläche die Phasen-coherente Aufzeichnung gemacht. Dieser technische Ausdruck fängt diese Idee der Aufzeichnung von Richtung zusammen mit Intensität. Um zu sehen, wie das funktioniert, muss ich jetzt noch mal zum Punkt zurückkommen, dass Licht eigentlich nur eine elektromagnetische Welle ist. Und Wellen, genauso wie Wellen auf einem See, haben Berge und Täler, also Bereiche, wo das elektrische Feld sehr stark oder auch sehr schwach ist, und diese Berge und Täler bewegen sich im Fort, wenn man es einen Stein in den See wirft und man die Wellen, die daraus entstehen, beobachtet, dann merkt man, dass diese Wellen immer orthogonal zu den Bergen und Täler sich fortbewegen. Die Richtung dieser Welle ist also gewissermaßen in der Differenz zwischen diesen Bergen und Täler encodiert. Das heißt, wenn man jetzt ein Foto machen könnte, indem man auch registrieren könnte, ob jetzt der Berg oder das Tal zuerst kam, dann könnte man auch die Richtung aufzeichnen. Das ist, was man braucht, also man braucht eine Lichtquelle, wo diese Berge und Täler sehr definiert sind. Das ist das, was man eine korrekte Lichtquelle nennt. Und man braucht eine fasensensitive Kamera, die aufzeichnen kann, ob jetzt das Berg oder das Tal zuerst kommt. Es stellt sich heraus, dass das ziemlich schwierig ist im optischen Bereich. Leute haben das hinbekommen, aber es war so ein großer Durchbruch, dass man dafür einen Nobelpreis bekommen hat vor 40 Jahren. Glücklicherweise ist es eigentlich viel einfacher, wenn man das im Radiobereich macht, also im Bereich der Radiowellen. Denn die Frequenz ist wesentlich kleiner, geringer als bei sichtbarer Licht. Das heißt, wir können also wirklich jeden Berg und jedes Tal aufzeichnen, indem man einfach die Welle mit einem guten Oszilliskop aufnimmt. Und das insbesondere bedeutet, dass es möglich sein sollte, Holographie von diesen kabellosen Signal machen zu können. Also wir haben hier ein experimentales Setup ausgedacht, in dem wir eben ein Bild von einem 2-dimensionalen Ebene machen. Wir zeichnen die Helligkeit und die Phase des Mikrowellen-Lichts auf an jedem Ort im Raum und nutzen das um ein virtuelles Bild der Welt zu konstruieren. Genau wie wir es gemacht haben, das ist unser experimentales Setup. Wir wollten explizit Licht von beliebigen Geräten aufzeichnen. Das heißt, die Lichtquellen waren immer kommerziell direkt aus dem Laden WLAN-Route, den wir gesagt haben, okay, ladet einfach ein großes Video von YouTube runter, dass wir halt eben viel Traffic haben. Aber wir haben keine Annahme über die Art von Signal, das könnte verschlüsselt sein, könnte aber auch plaintext sein. Dann haben wir gewisse Objekte in den Weg des Lichts gelegt und haben dann schließlich diesen Strahl von Mikrowellen-Strahlung aufgezeichnet mit einem Scanner, so wie beim Scanner. Das ist leider sehr teuer, so ein Mikrowellen-Kamera zu bauen. Im ersten Schritt ist es einfach eine einzelne Antenne zu nehmen und mit der einfach den Bereich abzufahren. Was wir getan haben, wir haben eine Antenne, die auf einer Scan-Plattform steht und wir vergleichen das Signal eben zu einer Referenz-Antenne. So sieht es im wirklichen Leben aus. Das sieht nicht so fancy aus, das ist eigentlich das billigste Experiment, in dem ich je beteiligt war. Wir haben einfach ganz normales Pressholz und Fischertechnik-Werkzeuge benutzt, um das zu tun, um dieses Problem zu lösen, dass nur die Antenne scannt. Aber es hat tatsächlich gut funktioniert und konnte diese Bilder aufnehmen. Das Signal, das wir mit diesem Setup bekommen, ist eine Welle. Eine Welle, die wir aufzeichnen können mit einem Ausselskope und die wir in der Tat zweimal aufzeichnen. Einmal von der Referenz-Antenne. Also wir machen keinen Annahmen über das Signal, das übertragen wird. Das heißt, wir können uns nicht darauf verlassen, was für Bits und Bytes hier übertragen werden. Aber es schätzt sich raus, dass, wenn man jetzt hier eine Euphorie Transformation macht und sie durcheinander teilt, dann kann man gewissermaßen dieses Signal normalisieren zu dieser Referenz und dann bekommt eine virtuelle zweite Welle, wo das Bits-Muster sich ausgleicht und man kann die Phasenverzögerung ausmessen. Also für jeden Pixel haben wir ein paar Datenpunkte wie oben rechts gemacht. Wir machen Verarbeitung und bekommen dann nur die korrekte Welle. Und am Ende bleibt dann so etwas übrig wie hier im unteren Teil des Bildes. Wir machen das für jeden Pixel. Für jedes Pixel bekommen wir derlichkeit, die Amplitude und die Phase. Also die Richtung des Strahls. Und wir kriegen das für einen großen Bereich von Frequenzen, weil WLAN auf mehreren Frequenzbereichen läuft. Man kann mehrere Kanäle hier haben. Und wir haben dann so ein Datenset. Das ist also ein Hologramm. Also leider nicht etwas, was man jetzt einfach verstehen könnte, indem man es anschaut. Das heißt, weil wir das nicht sehen können, das heißt, wir können die Strahlung nicht selbst sehen. Und selbst wenn wir es so aufzeichnen, die Informationen, die wir daraus ziehen, können nicht sehr sinnvoll für uns. Aber zum Glück gibt es gewisse Reconstruktions-Algorithmen. Das Problem wurde in der korrenten Optik schon gelöst, wo die Leute dreidimensional Bilder rennern können, wie ein Hologramm aussehen würde. Einfach durch das Verstehen, wenn man das scannt, wenn man richtig ein Algorithmus steckt, dann kriegt man an einem 3D-Anschauung von diesem Hologramm, ohne es im richtigen wirklichen Licht zu betrachten. Das kann man auch mit Mikrowellen Strahlung machen. Von diesem Hologramm haben wir jetzt dreidimensionale Ansichten rekonstruiert. Wir haben das gemacht und das ist das Testdatab, das am besten funktioniert hat. Das heißt, wir haben kommerziellen WLAN-Router im Hintergrund, das steht im Mitte drauf, und wir haben ein paar Objekte in den Strahl gestellt, die absorbieren sind, also Aluminium- Aluminiumfolium, und dann haben wir einen Hologramm aufgenommen, in einer Ebene, die man hier nicht sieht. Und wir geben diese Daten dann in diesem Algorithmus und auf diese Art und Weise können wir jetzt ein dreidimensionales Bild rendern, das so aussieht wie, als ob wir eben Augen hätten, die WLAN-Strahlung sehen könnten. Wir können jetzt also, da das dreidimensional ist, tatsächlich diese Sicht rekonstruieren, aber auch verschiedene Ebenen fokussieren. Und das ist das, was wir hier machen. Also das erste Interessante zu tun ist, zurück in die Emitter-Ebene zu gehen, wenn man es also in die Ebene des WLAN-Routers geht, dann sieht man sehr schön einen sehr hellen Punkt im Bild, was das Bild von dieser leuchtenden Glühbirne in diesem Mikrowellenbereich. Das ergibt sich, dass das Bild nicht so besonders schön ist, wenn man es so macht, mit einer Frequenz, mit einer Wellenlänge von Licht, dann kriegt man Speckles, so nennt sich das, wenn das Mikrowellenlicht in einem Labor die ganze Zeit hin und her geht und überall abgestoßen wird. Dann gibt es Interferenzen, und die sehen hier aus wie diese Wolken. Wir können aber das Experiment für unterschiedliche Frequenzbänder wiederholen, und wenn man diese Bilder übereinander legt, dann kriegt man ein viel saubereres Bild. Und da wird es ganz deutlich, dass der Router der hellste Punkt hier drin ist. Also für Mikrowellenlicht ist das ziemlich einfach. Und jetzt können wir hier gerne unterschiedliche Ebenen in den Fokus nehmen. Wenn wir jetzt vom Sender zum Objekt uns bewegen, dann sieht man, wie der Strahl sich verbreitet, und es gibt einen Schatten in dieser Lichtwelle. Wenn man also jetzt leicht drunter oder drüber fokussiert, dann verschwimmt es. Also ein echtes 3D-Bild, wenn man in die falsche Ebene fokussiert, dann wird es unscharf. Das sind die Daten die Wein gesammelt haben. Es gibt noch Potenzial für weitere Datenverarbeitung hier an der Stelle. Es gibt einige sehr mächtige Bildverarbeitungsmethoden. Hier machen wir normale Fotos und dann machen wir clevere Sachen zur Verstärkung. Es gibt Dunkelfeld-Mikroskopie. Man kann die Polarisierung des Lichtes verwenden. Oder man kann Dinge verstärken, die nur schwach reflektieren. Man kann die Dihologramm-Daten numerisch nachverarbeiten. Man kann schauen, wie sieht die Welt aus. Man kann also nach dem Brechungsindex gehen und kann danach suchen. Oder Dunkel-Dinge heller hervorheben. Wir haben jetzt eine Analogie zwischen Wi-Fi und Optik hier gemacht. Hier sind ein paar Worte aus beiden Domänen, wie man die ineinander übersetzen kann. Das Wi-Fi-Signal, was wir normalerweise als Pakete ansehen, das ist im optischen Bereich das Licht. Es gibt jetzt Farben im optischen Bereich. Man könnte Signale aufteilen nach Signalen, die verschickt werden. Signale mit unterschiedlichen Bitmustern sind eigentlich unterschiedliche Farben. Das heißt, wenn wir unterschiedliche Sender in dem Bild haben, dann könnte man im Prinzip jedem Router im Raum eine andere Farbe geben. Das wäre mal ein interessantes Experiment. Die Bilder werden besser, wenn man mehr als ein Frequenzband verwendet. Wenn wir die Bandbreite im Wi-Fi-Bereich verbreitern, zum Beispiel mit Radar, der nächste Ansatz ist, dass man sich für die Umgebung interessiert und nicht für das Signal, dann schaut man über Zeitdomänen und zwar Abschnitte darin. Das ist wie fotografieren. Das andere ist, dass man die Verzögerung misst und daraus ist im Lichtbereich die Phase oder die Richtung, die Analogie. In diesem Bereich gibt es unterschiedliche Journals und Publikationen. Da muss man, wenn man was publizieren will, sagen, warum es wert wäre, publiziert zu werden. Die Argumente sind immer, dass es ein großer Schritt weiter ist. Was wir geschrieben haben ist, dass es allen Physikern wunderbar gefällt und dass es sehr ansprechend für Physiker ist. Mit diesem Argument sind wir tatsächlich reingekommen. Viele Leute haben das sehr interessant gefunden. Das ging sogar die Wissenschaftler hinaus und in Firmen ist das auch sehr interessiert angenommen worden. Im zweiten Teil möchte ich anschauen, was wir damit tun können. Wird das jemals nützlich sein? Ja, aber wofür könnte man es benutzen? Es gibt eine offensichtliche Antwort. Wenn ihr die Antworten nicht habt, dann kann man es in Russia Today nachschauen. Man kann das zu Hause anschauen. Russia Today wird ja mal als Fake News bezeichnet, aber das hier ist jetzt keine Fake News. Man kann die Idee verwenden, um bei anderen Leuten ins Zuhause reinschauen. Und ich möchte, das optimistisch darstellen, man kann es für Sicherheitsanwendungen nutzen. Das hier ist etwas, was es in Medien darüber zu sagen gab. Kann mein Nachbar mich im Badezimmer sehen, wenn ich mein Telefon da liegen habe. Und das sind Fragen, auf die man antworten muss, wäre das möglich. Das heißt, wenn ich da in einem Raum rumlaufe, dann wird mein Körper Wellen reflektieren. Also ich persönlich bin skeptisch, dass das wirklich funktionieren würde. Erinnert euch daran, wie das bei uns ausgesehen hat. Das ist bei uns ein großes Gerät. Du brauchst über eine große Fläche diese Information. Denn das ist die Grundlage dieser Forschung. Das heißt, wenn man es auf eine Drohne packen würde, dann müsste man um das Gebäude in alle Richtungen rumfliegen. Und das würde bestimmt schon auffallen. Und außerdem passiert es auch jetzt schon. Für viele dieser Anwendungen braucht man nicht wirklich Imitting. Das ist ein Bonus. Aber man kann eine ganze Menge über die Welt lernen, indem man das Signal an einer Stelle im Raum anschaut. Es gibt also jetzt Firmen, die Systeme verkaufen, wo du einen zweiten Router in deinem Raum tust. Und das ist nicht für Kommunikation genutzt, sondern der schaut sich eher an, was in deinem Raum alles rumfliegt. Und analysiert das in einem sehr großen Detail. Und damit kann man eine gute Idee bekommen, ob es Leute in den Raum gibt, ob die da rumlaufen, ob die vielleicht aufs Klo gehen, ob die in die Küche gehen. Also unsere Methode ist zu aufwendig. Und damit es zu aufwendig ist, dass es kein Sicherheitsproblem ist. Wenn deine Überlegung ist, dass Wi-Fi liegst und benutzt werden kann, um zu spüren. Ja, dann stimmt das. Aber wenn man als Sicherheitsanwendung verkaufen will, dann gibt es ein weiteres Problem. Und das Problem ist, wenn Leute bereit sind, viel Geld auszugeben, um ein teures Gerät zu kaufen. Und dann wird es ein speziell dafür hergestelltes Gerät und den Sender und den Empfänger zusammen zu packen. Und das ist ein sehr starkes Projekt. Und dann kann man Ultra Wideband verwenden. Und das macht für uns alles kaputt. Also die Idee, die man benutzen könnte ist, wenn man hier ein Radar oder einen Röntgenstrahl für Räume haben will, wenn ich also das hier aussende und dann die Verzögerung messe, dann kriege ich eine Auflösung, die mit der Bittrate des Signals verwandt ist. Das ist das Inverse der Bandbreite. Diese Pakete sind sehr breit. Und wenn die Pakete breit sind, dann geht die Auflösung und wird schlechter. Wi-Fi ist ein ganz schlechter Weg dafür. Also wir haben hier nur 20 MHz für 2,4 GHz und Wi-Fi, das sind 10 Meter. Wenn ich einen spezialisierten Sender baue, dann kann ich das weglassen und dann kann ich ein Sender bauen, der eine viel höhere Bittrate hat. Also ich gehe da hier von GHz zu Sender mal so viel. Und wenn ich also ein Signal ausseende, was über alle Frequenzen bis 10 GHz runtergeht, dann komme ich bis auf 1 cm Auflösung runter mit Radar. Und das wird tatsächlich gemacht. Ich habe ein bisschen am Internet geforscht und für die Sicherheitseinheiten gibt es hier Tools, mit denen man nach Rohren suchen kann. Man legt die auf den Außen auf die Wand und dann braucht man ein paar Sekunden und dann sagt einem das, wo die Menschen im Raum sind. Sicherheitsanwendungen sind wahrscheinlich recht interessant, aber es ist nicht realistisch, dass das dafür genutzt werden kann. Lass uns was anderes anschauen. Lass uns mal Ingenieur im öffentlichen Bereich anschauen. Es gibt schon solche Geräte, aber die funktionieren nicht besonders gut. Man kann das verbessern. Die Frage ist, ob wir hier helfen könnten, zum Beispiel Rohre in der Wand zu finden. Ich möchte mich auf das verlassen, was von Drahtlosengeräten in anderen Räumen ausgestrahnt wird. Und ich möchte das nutzen als eine Beleuchtung dieser Wand mit Mikrowellen nicht. Die Kabel oder Rohre in der Wand würden einen Schatten werfen. Und wenn ich ein Hologramm davon aufbaue, dann könnte ich das Bild wiederherstellen. Es würde zwar vielleicht gehen, aber wir könnten unser Gerät von einem einzelnen Antenne aufbauen, aufbohrend zu einem eindimensionalen Antenne, dann hätte es eine Linie von Antennen. Das können wir dann einfach bewegen, und dann könnte ich ein Bild kriegen. Aber leider habe ich auch hier das Problem, dass ich im Wettbewerb mit Altrawideband bin. Wenn ich sowieso schon sowas baue, dann ist es nicht mehr so wirklich teuer, ein Breitband Sender mit einzubauen. Und hier diese Firma Wallabott bietet das an für Smartphones, das steckt man in den Smartphone rein und zeigt dir dann wo das Rohr ist. Da ist starker Wettbewerb hier, aber wir könnten zu unserem Vorteil Wellen nutzen, die von hinter der Welt kommen. Das heißt so, vielleicht haben wir an der Stelle eine gute Idee. Es gibt eine Sache, über die wir nachgedacht haben, dass es vielleicht eine gute Idee wäre, und dass es Sender durch Gebäude zu verfolgen. Und das ist ein wichtiges Ding. Das wird immer mehr wichtig, weil die IoT-Geräte, die Internet-of-Things-Geräte immer häufiger werden. Und wir wollen ja wissen, wo die sind. Im Prinzip könnte man in der Decke eine große 2D-Gitter von solchen Antennen einbauen. Und damit könnte man in Echtzeit die ganzen Wi-Fi-Router und Telefone, die da sich durch den Raum bewegen, verfolgen. Wir haben also ein Teil, wir haben also ein 3D-Modell von einer virtuellen Speicherhalle gebaut. Und die Bilder, die wir kriegen hier in diesem Modell, das ist vielversprechend. Es sieht so aus, ob wir die auf Zentimeter Genauigkeit oder Decimeter sind, mit Videogeschwindigkeit verfolgen. Hier auf der rechten Seite ist die Wiederherstellung aus den Hologram-Daten. Wenn man von oben im Gebäude durch, da schauen wir durch die verschiedenen Ebenen. Und man sieht, wie lauter Schatten von den Strahlen gemacht werden, bis man unten am Sender ankommt, der in Zentimeter Auflösung ist. Das wäre leider sehr teuer, man bräuchte ein großes Array von Antennen, das ist wahrscheinlich nichts, dass man sofort irgendwie tun könnte. Aber wenn wir mit Firmen reden, dann stellt sich raus, dass es eine Lösung gibt, die zwischenlösung ist, wo es wahrscheinlich sehr interessant werden könnte. Eine reduzierte Implementation von diesem Schema. Anstelle jetzt ein volles 2D Array nehmen. Man könnte ein dimensionales Array nehmen, wie zum Beispiel so ein Zauberstab. Das würde selbst immer noch die Aufnahme des Bildes beschleunigen. Man könnte tatsächlich Bilder von großen Skalen, also großen Strukturen nehmen in einem Zeitbereich von einer Minute bis zu einer Stunde, wenn man dieses Gerät eben über diese Struktur fährt, zum Beispiel in der Drohne oder im Auto. Und sobald man diese Daten hat, könnte man dann eben in das Gebäude reinschauen, mit den WLAN-Augen und dann verstehen wir, wie die Strahlung sich da fort bewegt. Das könnte tatsächlich relevant sein für das ganze Feld von Indoor-Tracking. Man muss spezifisch expliziter zu werden. Das sind große Herausforderungen momentan. Viele Firmen werden immer mehr interessiert, um Radio-Tags zu tracken mit einer sehr hohen Genauigkeit. Das ist ein Markt, der von ihm gesagt ist, in ein paar Jahren sehr stark wachsen wird. Also eine sehr direkte Maßnahme wäre hier. Man könnte bereits existierende Systeme ausmessen. Man hat irgendwelche Systeme gebaut, hat herausgefunden, das funktioniert jetzt nicht in deiner Fabrikhalle, dann könnte man diese eindimensionalen Antennen-Area nehmen und das dann ausmessen. Man sieht dann, hier gibt es eine bösadige Reflexion. Und wenn ich das jetzt durch ein anderes Material aussetze, dann könnte es vielleicht besser werden. Das könnte also durchaus interessant sein für, um eben Bilder davon zu bekommen. Es könnte aber auch interessant, als ein R&D-Werkzeug, also Research and Development um diese Schemen besser zu machen. Und da gibt es noch viel Arbeit zu tun. Momentan haben diese Schemen, sind zwar sehr erfolgreich, aber immer noch zufrieden Stellend. Leute haben viele Sachen probiert, also man kann mit einer Kamera herumfahren und Barcodes scanen, man kann auch FIDs nehmen, aber dann kann man sie nur in einem sehr nahen Bereich ausmessen, nur dass es nicht sehr geschickt für große Fabriken. Man kann auch jede Art von Beacons nehmen, man kann Schilder mit Ultraschall, Bluetooth und was auch immer beschriften, aber damit hat man immer noch das Problem mit der Bandbreiten und dann kriegt man eben immer noch Auflösungen im Meterbereich. Hier kann man auch wieder das Ultra-Wideband-Trick nehmen, also mit einem sehr großen Frequenzbereich. Und da bekommen man dann tatsächlich Zentimeterbereich Auflösungen. Das ist schon heute sehr erfolgreich, aber es kommt an einen sehr hohen Preis. Das ist ein physischer Preis, diese Chips sind sehr teuer. Die Schilder kosten ungefähr 10 Euro oder mehr. Und das ist auch sehr, sehr stromhungrig. Also du musst in Batterie mitkommen und diese Batterie muss alle paar Monate oder Jahre ausgetauscht werden. Das ist nicht sehr geschickt. Also es gibt hier dieses Ziel, dieses Ding mit Passiven also mit Passivschildern auszustatten, aus der Stadt einem aktiven Sender, möchten wir einfach nur etwas, das irgendetwas absorbiert und das leuchten wir eben etwas aus und nehmen dann den Schatten auf, den dieses Objekt verursacht. Momentan funktioniert das leider nicht. Man kann das prinzipiell lösen, indem man zum Beispiel Sender baut oder mehr Signalverarbeitung macht. Aber es ist nicht klar, welcher Weg der erfolgreichste wäre. Also anstelle das über Trial and Error zu machen. Eine interessante Idee wäre zum Beispiel diese komplette Wellenfront aufzunehmen, das Bild anzuschauen zu verstehen, wie die Strahlung in typischen Gebäuden sich fort bewegt und welchen Teil des Signals man tatsächlich benötigt, um diesen Schatten am besten zu sehen. Hier könnte unsere Schema reinkommen, da könnte diese komplette Wellenfront aufnehmen und man könnte alle möglichen reduzierten Schemen aufzeichnen oder Arten anwenden mit unseren Algorithmen zusammenfassend. Es ist ein interessanter Technik, aber kein wirklicher Sicherheitsaspekt. Im Städtebau wäre es vielleicht kündigend benötigend, aber Indoor Tracking wahrscheinlich kompliziert, aber Research and Development für Indoor Tracking ist wahrscheinlich sehr brauchbar. Damit komme ich zum Schluss. Ich möchte jetzt hier noch die Personen mit meister Arbeit hier geleistet hat. Philipp Holt hat die meiste Arbeit gemacht. Er war mutig genug, das für ein Bachelor zu machen. Eine Zeit, wo jeder davon abgestreckt war von dieser Idee und war sehr erfolgreich. Das ist das Ende meines Vortrags. Ich möchte eure Aufmerksamkeit darauf lenken, dass man sich diese Wellenstrahlung von einem ganz anderen Standpunkt anschauen kann. Das ist tatsächlich einfach nur Licht. Man muss sie hacken, indem man einfach diese gestreute Strahlung misst. Man muss es richtig machen, dann kann man tatsächlich wirklich Bilder machen. Vielleicht nützlich für Tracking oder Städtebau, aber wahrscheinlich hauptsächlich einfach für Research and Development Werkzeug, um eben zukünftige WLAN-Applikationen zu entwickeln. Vielen Dank. Wir haben eine Viertelstunde für Fragen und Antworten. Hallo, vielen Dank. Es war sehr interessant. Ich frage mich, ob man Wifi-Linsen damit bauen könnte. Das ist eine gute Frage. Wahrscheinlich ist es schwierig. Vor allem, wenn das eine physische Linse wäre. Man bräuchte erst mal das richtige Material. Das könnte man wahrscheinlich machen, aber man müsste auch sehr groß machen. Weil die Wellenfronten sehr groß sind. Aber nochmal, paradoxerweise gibt es tatsächlich viel einfache Methoden, das zu machen. Wenn man einen Zug nimmt irgendwo im Land, dann sieht man, dass heutzutage diese ganzen Sardädenempfänger sind sie nicht länger parabolisch, sondern sind eher flach. Einfach nur ein flacher Teller zum Beispiel. Das kommt von virtuellen Linsen für diese Strahlung, diesen Frequenzband. Ein gewisser Array, wo man ganz sehr viele Empfänge hat. Man verzögert dann dieses Signal elektronisch. Das ist im Prinzip das, was eine Linse in dem Bereich macht. Damit könnte man wirklich jegliche Art von Linse simulieren. Einschließlich so einer parabolischen Linse. In unserem Fall brauchen wir wirklich keine Linsen. Wir können jegliche Linsen simulieren mit dem Computer. Das haben wir uns auch überlegt. Man könnte verschiedene virtuelle Linsen bauen und andere Aspekte anschauen. Aber elektronische Lösungen sind wahrscheinlich viel einfacher als eine wirklich physische Linse. Eine Frage aus dem Internet. Was ist deine Vorhersage? Wann können wir eine Kamera für andere Spektra wie Radio oder so was erwarten? Technisch sehe ich keine Hindernisse, wie zum Beispiel Radiowellen oder solche. Aber ich glaube nicht, dass wir das in der nahen Zukunft kommerzielle Geräte sehen, weil die Anwendungen halt sehr beschränkt sind. Aber vielleicht wird ein Labor das aufnehmen und tatsächlich machen. Das werden wir vielleicht in ein paar Jahren darüber lesen. Thank you for the talk. Vielen Dank. Weißt du, wie viel dieser Technik in einem normalen Roter drin ist? Könnte ein gehackter Roter solche Informationen über die Umgebung herausfinden? Das ist eine interessante Frage. Aber offensichtlich wird das nicht mit unserem Schema funktionieren, weil man eben im Bereich erfahren muss. Aber man muss einen gewissen Bereich vielleicht mit anderen Schämen, die ich vorgestellt habe benutzen. Aber ich weiß nicht, wie technisch einfach es ist, das zu tun. Man könnte es wahrscheinlich in ein paar Arten machen. Aber die anderen Gruppen haben da Entwicklungskit für Roter benutzt. Oder wenn man mit einem Projekt kommen würde, dann ist es wahrscheinlich einfach so ein Entwicklungskit zu kaufen, die halt besser dedizierte Hardware dafür hätte als ein handelsüblicher Roter. Was sieht ein bisschen aus wie ein bistatisches Radarsystem? Was ist denn der Vergleich von einem Radarsystem, einem kommerziellen und dem hier? Ich glaube, ich sollte ehrlich sein und sagen, dass ich das nicht weiß. Also mit einem militär Radar nimmt es eine große Leistung und wir sind da wesentlich drunter. Weil wir mit kommerzieller Hardware arbeiten, die so im Wattbereich sind. Das ist ja ein Faktor von tausend, aber es gibt fortgeschrittene Radare, die weit aus weniger Leistung brauchen. Wie lange hat das gedauert, um an solches Telegramm aufzunehmen? Es hat eine Nacht gedauert. Dann ist es programmiert, als wir das Labor verlassen haben. Und als wir am nächsten Morgen wieder kamen und wir Glück hatten, war das Bild da. Das hat so ungefähr eine pro Pixel vielleicht so eine Sekunde und die Pixel waren vielleicht 100x 100 Pixel in Größe. Das hat eine Nacht gedauert. Das ist natürlich ein großer Nachteil. Das ist so, wie wir es jetzt hier haben. Aber es ist einfach, das vielleicht zu verbessern. Selbst wenn man ein 1Demizial ein Erray von Antenna hat, also so ein Saugerstab, und dann fährt man es eben nur in eine Richtung oder vielleicht noch in der dritte, dann könnte man diese Bilderfassung Faktor von 100 bis 1000 beschleunigen, also in einem Bereich von Minute bis eine Stunde, um ein Bild von einem Gebäude zu bekommen. In diesem Fall würde das nicht helfen, weil es überhaupt helfen. Man könnte das Signal aufnehmen, mit dem man den Raum beleuchtet. Was sind da die physikalischen Dimensionen für die Aufnahmeantenne? Das ist ein guter Punkt. Da haben wir uns auch Gedanken darüber gemacht. Man könnte so ein Hybrid-Schema machen, den man jetzt eben scannt, um einen gewissen Raum abzuarbeiten. Man nimmt zum Beispiel mehrere Antennen, die jetzt eben das Inverse, dieses Mimo-Array sind, das man kommerziellen Routern hat. Man könnte messen, wo das Signal herkommt, im ganzen Bereich von zwei Dimensalen Richtungen. Und dann wäre das vielleicht möglich. Man könnte das vielleicht ziemlich beschleunigen. Und wenn wir also die passive Ordnung in diese Richtung gehen, dann wäre die Lösung wahrscheinlich so etwas. Man hätte ein paar fortgeschrittene Antennen mit sehr guter Richtungsempfindlichkeit und mehr davon, sehr strategisch platziert in dem Raum, dann wäre das wahrscheinlich hinreichend, um die ganzen Informationen zu bekommen, die man braucht, um die Emitter zu sehen. Das, was ich mir vorgestellt habe, ist ein kleineres Array mit vielen, so acht mal acht. Und das ist im Prinzip ein phased Array. So was wie ein Radar auf Steroiden. Richtig, richtig. Das ist ein realisches Sachen, das man machen könnte. Wenn man jetzt, das ist Holographie Verarbeitung macht, mit diesen Daten, dann gibt es sehr grobe Auflösung, weil sie eben nur so Auflösung hat. Aber wenn das das kombiniert mit dem Scannen an nur sehr strategischen Punkten, dann wäre das wahrscheinlich hinreichend, um gute Bilder zu bekommen, ohne dass man jetzt eine komplette zweiteminsale Ebene abscannt. Noch eine Frage aus dem Internet. Habt ihr außerdem ein Paper auch noch was anderes publiziert? Hardware Diagramme, Software, Source Code? Wir haben es nicht veröffentlicht, aber wir haben eines sehr ausführliche Zusatzmaterial veröffentlicht, wo wir jedes Detail beschreiben, wie wir diese Aufnahme gemacht haben. Und auch Referenzen für den ganzen Hardware, die wir benutzt haben und die ganzen Pläne. Wir haben schon sehr viele Anfragen von Hackern und Studenten bekommen, die das nachbauen wollen. Und natürlich schreibt uns einfach ein E-Mail, dann sind wir sehr bereit, all diese ganze Software und Informationen herauszugeben. Microphone 3? Du hattest eine Simulation eines Antenne-Arrays in der Decke des Gebäudes, aber er hat gesagt, das ist zu teuer. Was ist denn mit einem neuen Gebäude? Und wenn man von Anfang an das gleich mal rein tut? Ja, es ist wahrscheinlich nicht so, das Gebäude neu auszustarten, was so teuer ist. Das ist einfach diese physische Array von Antennen, wenn man hier dafür brauchen müsste. Wenn man Dinge mit einem Quadrat-Pixel-Nummer ansteigt, dann wird es sehr schnell sehr teuer. Jede dieser Antenne würde nur 10 Cent kosten, aber wenn man 1000x1000 Pixel-Gitter haben möchte, dann bleiben da 100.000 Euro nur für die Elektronik und das Signal aufzuzeichnen. Das ist eine sehr große Hindernis für eine praktische Implementation. Microphone 4? Ja, given that it's relatively easy to wirelessly into Continuous Wave Mode, das ist einfach ein Weiferrouter in Continuous Wave, also eine kontinuierliche Wellenaussendung. Also einen Router in Continuous Mode zu setzen, anstatt ein Video-Runde zu lasen. Aber für unser Schema macht das Spiels keine Rolle, weil wir die ganzen Bit-Muster eh nicht benutzen. Wir haben damit angefangen und haben ein Modell gekauft, mit dem wir das nicht machen konnten. Und dann haben wir einfach dazu übergegangen, einfach ein großes Video herunterzulassen. Für uns hat das nichts ausgemacht. Für zukünftige Implementationen wäre etwas sehr Wichtiges, um zu sendern zu gehen. Also wenn wir so ein ultra Wideband ermittelt hätten, dann würden die Bilder wesentlich besser aussehen. Und dieses Nachfolgeprojekt wäre da sicher sehr interessant zu tun. Hättet ihr nicht Antennen und Kabel drucken können? Oder um auf ein Lager drauflegen? Ja, das könnten wir vielleicht möglich, aber sobald man diese Antenne auswählen müsste, dann braucht man eben ein Switch, und das ist ein Highlighter-Gerät, und das wird halt teuer. Ich bin kein Elektrik-Engineur, aber ich sehe jetzt keinen direkten Weg, das irgendwie komplett passiv zu machen, weil man nur Antennen hat. Das wäre wahrscheinlich möglich, aber dann wäre das Gitter etwas sehr machbarer. Und wenn man an jedem Punkt ein Switch braucht, dann wird es wahrscheinlich viel zu teuer. Glaubt ihr, dass es möglich ist, das umgekehrt zu machen, ein Sender-Array zu bauen, und das mit einem Empfänger zu empfangen? Also um das zu invertieren, also etwas so haben wie ein holographisches Gitter, das jede Wellenfront zu generieren, die man will. Also man hat ein Empfänger und viele Sender, und ich schaue mir das an. Ich glaube, das wäre im Prinzip möglich, weil wie du sagst, das ist einfach nur das Inverse von unserer Eigengegensweise. Wenn man die 1 zu 1 austauschen könnte, dann wäre das natürlich wesentlich teurer, weil Sender sind viel teurer als Empfänger. Aber im Prinzip soll das machbar sein, ja. EESP kann ich für 300 Euro kaufen, wenn ich 100 Stück davon in eine Rehreintour. Vielleicht ist das, was unsere Kollegen haben, die hatten Rarrays von Sendern, und die konnten sie so einstellen, dass man den Strahl irgendwie einstellen. Sie haben eher für Reflexionen gesucht, anstatt das Signal an einem Punkt zu untersuchen, aber man kann es natürlich auch anders vormachen. Wie möchtet ihr das für andere Wifi-Standards verändern? Nein, das müsste man nicht. Wir haben diese extra Hente mit 2,4 GHz und 5 GHz WLAN gemacht. Das 5 GHz sieht ein bisschen besser aus in den WLAN, weil die Welllänge eben kleiner ist. Das heißt, man kann da mehr Details sehen. Aber das Schema macht keine Annahmen über den Standard, sondern man kann es für jeden Standard anwenden. In der Zukunft, denn sowohl die Bandbreite als auch die Frequenz von diesem kabellosen Kommunikationssystem wird wahrscheinlich erhöht in Züricheln für die Implementation. Also Leute reden von auf bis zu 60 GHz aufzugehen und damit könnte man dann tatsächlich Bilder mit einer Millimeterauflösung sehen. Wenn man die Bandbreite damit wächst und einige Flecken wie wir jetzt haben, dann wäre das die ganze Sicherheitsapplikation wahrscheinlich wesentlich interessanter. Kannst du ein kleines Array von Antennen in jede Ecke eines Gebäudes stecken und das dann aufnehmen und damit die Position einer Quelle durch die Differenzen von diesen Arrays herausfinden? Also ohne Arrays wird das schon gemacht, dass viele dieser Indoor-Positionierungssysteme funktionieren. Man misst Signalstärke an verschiedenen Routern im Gebäude. Das kann man natürlich machen, aber ich glaube, dass diese Antennen aufzublasen, so Antennen geht, dann ist es wirklich sehr interessant zu tun. So etwas Hybrides. Man hatte strategisch ausgewählte Positionen, aber da hat man nur kleine Antennen-Gitter. Das wäre wahrscheinlich die Lösung, um es wirklich nützlich zu machen für kommerzielle Applikationen zum Beispiel. This is going to be the last one. What you do sounds very similar to what radio telescopes do. Was ihr da macht, klingt sehr ähnlich nach einem Radio-Teleskop. Was hast du dann umgesprochen? Nicht in Bezug zu diesem Projekt. Es stimmt, es ist sehr ähnlich. Sie machen es jetzt dann dasselbe und auf einem globalen Eurkala. Sie verknüpfen verschiedene Teleskope auf verschiedenen Kontinenten und sie möchten eben Arrays auf Kilometerlänge bauen. Wir haben mit denen jetzt noch nicht geredet, weil die wahrscheinlich genau das machen, was wir machen. Es ist in der Art und Weise eher beschränkender Weise machen, weil sie sie eben auf sehr beschränkte Ziele fokussieren und dann eben Beamscanning machen. Aber es ist in der Tat eine ähnliche Rangingsweise. Wir gehen hier mit SKA in den Bereich von Tomografie, 21 Zentimeter und da sind sehr weit gefördgeschrittener Algorithmen, weil die Signal-to-Noise Ratio sehr hoch ist. Definitiv eine gute Idee, aber ein wichtiger Unterschied ist, sie schauen eben Signal an, die unendlich weit weg sind von dem Empfänger. Das ist also eine gute Idee und wahrscheinlich sollten wir uns das anschauen, ein zweites Mal, aber als wir es gemacht haben, sah es aus, als man sieht, man schaut sich die konkurrente Optik-Paper an und es ist nützlicher, wenn man drei Dimensionale Sachen rekonstruiert, die sehr nahe zum Empfänger sind. Aber die haben wahrscheinlich sehr gut, das sind wahrscheinlich sehr gut, in Spar sampling und Abschätzungsschämen, wenn man sehr rauschende Daten hat. Der nächste Talk hier ist in der Viertelstunde und jetzt noch ein Applaus.