Claire Swedberg
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um conjunto de óculos de realidade aumentada (AR) com um leitor de RFID integrado e uma antena para ajudar os usuários a identificar itens nas proximidades, com base em leituras de etiquetas RFID e sensores baseados em câmeras. A antena de banda larga do fone de ouvido de realidade aumentada X-AR foi projetada para se adequar ao formato do visor HoloLens da Microsoft. Um algoritmo que usa a mobilidade humana natural ajuda a localizar objetos marcados com RFID com base na localização do usuário, e uma ferramenta de verificação visual de RF confirma se um indivíduo está pegando os itens certos comparando os movimentos das mãos com a localização da etiqueta.
Depois de desenvolver e testar o fone de ouvido, os pesquisadores dizem que o sistema pode localizar tags em 9,8 centímetros (3,9 polegadas) usando uma funcionalidade de banda larga para aprimorar a transmissão de frequência ultra-alta (UHF) de 900 MHz. Ele pode determinar se um usuário está pegando o objeto correto marcado com RFID com 95% de precisão, relata a equipe. A solução foi desenvolvida para permitir uma capacidade de estilo de raio-x para usuários que usam os fones de ouvido AR para visualizar os locais de itens que não podem ser vistos diretamente.
As ferramentas AR já estão em uso em ambientes industriais, de saúde e outros ambientes de trabalho para melhorar a precisão e a eficiência, mas apresentam limitações em termos de identificação de objetos no espaço de uma pessoa. “Muitos dispositivos podem perceber o ambiente”, usando tecnologias como sensores ópticos, “mas eles não têm acesso a itens que podem estar fora da linha de visão”, diz a pesquisadora do MIT, Tara Boroushaki.
Para ampliar essa percepção, o grupo decidiu construir uma solução empregando RFID, com base em sua capacidade de energizar e receber respostas sem fio de itens marcados, mesmo quando localizados atrás de paredes ou outros objetos, ou dentro de caixas lacradas. “Queríamos um sistema [pelo] que pudéssemos perceber itens marcados com um fone de ouvido AR”, diz Boroushaki, “e também identificar especificamente onde eles estão”. A solução é baseada na tecnologia HoloLens, utilizando uma função de AR e visão computacional em um fone de ouvido para criar um mapa 3D de onde um indivíduo se move em um espaço, fornecendo dados contextuais relacionados à sua localização.
O que torna esse novo fone de ouvido diferente, explica a equipe, é que eles adicionaram uma antena RFID, permitindo que o fone de ouvido ofereça comunicação bidirecional com etiquetas RFID. A antena envolve diretamente os óculos HoloLens, sem bloquear suas câmeras. “No que diz respeito ao leitor e à antena, ele não só precisava acomodar as câmeras existentes, mas também precisava ser leve”, diz a pesquisadora do MIT Aline Eid, já que o fone de ouvido está sendo usado por indivíduos que se deslocam em um espaço, como um armazém, coleta e embalagem de mercadorias. Além disso, ela diz: “Queríamos algo flexível e transparente”.
A funcionalidade de leitura de banda larga do sistema melhora a granularidade da localização da etiqueta, mantendo-se dentro do requisito técnico da largura de banda UHF RFID. O design aproveita um leitor especializado, bem como slots integrados na antena, nas linhas superior e inferior ao redor do nariz, estendendo assim a largura de banda da transmissão com um ganho de cerca de 200 MHz. O sistema captura uma combinação de dados de tempo de voo e ângulo de chegada, e os dados de localização são então computados com o próprio movimento do usuário.
“Percebemos que muitos de nossos usuários se moverão pelo ambiente”, explica Eid, como caminhar pelo depósito até a loja de varejo. “Ao combinar todas essas medições diferentes, conseguimos obter essa localização realmente refinada”. O sistema funciona com tags comerciais prontas para uso, observa Eid, para que o sistema possa operar com qualquer tag RFID UHF dentro do ambiente.
Os dados podem ser coletados passivamente enquanto os funcionários realizam seus trabalhos ou podem ser aproveitados ativamente quando os funcionários procuram especificamente itens marcados com o dispositivo. Os indivíduos podem andar pelos corredores, capturando dados sobre itens dentro do alcance do fone de ouvido e associando sua localização com a localização do fone de ouvido. Essas informações podem ser salvas em um servidor, bem como no fone de ouvido.
Para localizar ainda mais tags em um mapa 3D para um ambiente no qual os usuários normalmente estão se movendo, o sistema emprega radar de abertura sintética, que é semelhante à tecnologia usada em aeronaves para mapear a superfície da Terra enviando sinais de radar conforme os usuários se movem ao longo de um caminho específico. “Em seguida, pegamos essa medição de RFID de banda larga e a combinamos usando radar de abertura sintética”, diz Laura Dodds, pesquisadora do MIT, “e você é capaz de localizar qualquer objeto no ambiente que nos responda”.
Um exemplo do mundo real poderia ser um depósito no qual os funcionários usam o fone de ouvido enquanto realizam suas tarefas de coleta, movimentação ou localização de produtos. Conforme eles se movem pelo local, explica Dodds, o fone de ouvido lê tags nas proximidades, identifica suas localizações e armazena esses dados. Se um indivíduo estiver procurando por um determinado item, ele pode usar o fone de ouvido para selecionar um produto por sua descrição ou número de identificação e, em seguida, solicitar que o fone de ouvido procure o ID da etiqueta RFID correspondente.
O sistema identifica onde o usuário está localizado. Ele pode fornecer orientação para a última localização conhecida da etiqueta, bem como capturar leituras de etiquetas nas proximidades do fone de ouvido, a fim de ajudar o usuário a identificar esse item. Se vários indivíduos tiverem fones de ouvido em uso, os dados podem ser coletados em um servidor e depois compartilhados. Por exemplo, se chegar um pedido de um produto específico, o sistema pode identificar onde está esse item etiquetado e o funcionário mais próximo nas proximidades será alertado para retirá-lo.
A solução foi projetada para ajudar os funcionários a buscar produtos específicos com etiquetas, de acordo com a pesquisadora do MIT Maisy Lam. “Se você tem um banco de dados de todos os itens no depósito”, explica ela, “o usuário pode escolher qual item ou etiqueta RFID deseja encontrar e, à medida que caminha naturalmente, fazemos as medições”. A partir daí, diz ela, os dados são atualizados continuamente e o fone de ouvido pode direcionar o usuário para o ponto de referência, ou seja, o objeto marcado que ele procura.
O sistema usa tecnologia de verificação manual para ajudar os usuários a confirmar que pegaram os itens certos, usando uma combinação de localização de etiquetas RFID e o movimento das próprias mãos dos usuários. O fone de ouvido detecta se uma etiqueta identificada para coleta está realmente se movendo e compara esse movimento com o movimento percebido da mão de um indivíduo. Se não for identificado nenhum movimento da etiqueta, mesmo com a mão em movimento, o sistema pode indicar que o usuário não pegou o produto correto.
Dessa forma, a tecnologia pode ajudar o sistema a afirmar aos usuários que eles têm o item certo em mãos. Essa função pode ajudar os funcionários a garantir que eles pegaram os produtos que procuravam, além de evitar erros se dois itens forem muito semelhantes, como dois tamanhos ou cores da mesma camisa. Além disso, se um funcionário estiver tentando localizar um item que pode estar em uma caixa fechada, ele pode pegar uma caixa e o sistema identificará se a etiqueta RFID adequada está presente. Se não, isso significa que eles têm a caixa errada.
Até agora, diz Boroushaki, “nós o testamos em um ambiente do tipo depósito. Achamos que esse é o primeiro cenário de destino em que imaginamos que isso seria implantado”. A longo prazo, no entanto, os pesquisadores esperam que a tecnologia beneficie os usuários em uma ampla variedade de aplicações, inclusive em lojas ou fábricas. Eventualmente, os consumidores poderão usar a tecnologia em suas casas para procurar objetos do cotidiano, como chaves perdidas.
Casos de uso adicionais para a tecnologia incluem inventário ou rastreamento de ativos em hospitais ou farmácias. A equipe prevê que a solução seja usada também para tarefas mecânicas, como um engenheiro ou mecânico montando um motor complexo que compreende um grande número de peças únicas. “Alguém poderia trabalhar com o fone de ouvido AR”, observa Boroushaki, e ver qual peça ou ferramenta eles estavam pegando em cada etapa.
No futuro, a equipe pretende continuar trabalhando para permitir que os dispositivos se integrem entre si e a um servidor back-end, para aplicações como gerenciamento de estoque em grandes armazéns. “Estamos muito animados para ver aonde isso nos levará no futuro”, afirma Boroushaki. Os dados estavam sendo enviados para um servidor de borda para processamento com o sistema inicial que a equipe testou no laboratório da universidade, diz Lam. No entanto, acrescenta, o processamento de dados pode ser feito no fone de ouvido ou na nuvem, “o que for mais relevante para a aplicação específica”.
Embora o sistema tenha sido inicialmente projetado com uma antena que concentra sua radiação para frente para se comunicar com o ambiente à frente do usuário, ele pode ser configurado para capturar transmissões em outras direções. A antena do leitor de fone de ouvido atinge um alcance de transmissão de 3 a 4 metros (9,8 a 13,1 pés), enquanto alcances maiores seriam possíveis se a solução identificasse apenas tags nas proximidades, em vez de usar a localização com recursos de banda larga. “Acho que nossos próximos passos imediatos”, diz Boroushaki, “provavelmente seriam apenas trabalhar em alguns dos desafios, incluindo estender o alcance, talvez melhorar nossas técnicas de processamento [e] tornar as coisas mais rápidas”.