黑夜給了我Wi-Fi的眼睛 科學家成功用無線電波生成全息圖像

你的無線路由器可能會以你從未料到的方式泄露你的信息。物理學家首次用來自WiFi發射機的無線電波在一個全息圖中編碼了一個真實物體的三維圖像，類似於電影《星球大戰》中由機器人R2D2投射的萊婭公主的圖像。在原理上，這種技術可以讓外部人士通過房間內散射出的Wi-Fi信號「看見」一個房間內部，不過一些科學家表示，這樣的間諜活動說起來容易做起來難。

圖片來源：P. M. Holl和 F. Reinhard/《物理評論快報》

德國慕尼黑理工大學量子感應專家Friedemann Reinhard說，這一想法誕生於幾年前。「在午餐時間我們討論了世界會從WiFi的眼睛裡看到什麼。」他說，「很顯然，如果你要從WiFi的眼睛裡看世界，那麼你就要製作全息圖。」

照相機通過收集物體反射的光並將其聚焦到一個屏幕上產生強度更高或更低的二維模式，從而生成圖像。與此相對，全息圖更多地會利用光波的自然特性。通常會利用激光。激光被分解開，其中一半將物體反射到一個攝影底片上。另一半光（參考光）則會直接照射在底片上。像等間距的水波舔舐沙灘一樣，參考光束中的光波會以平波方式抵達。與此相對，那些由物體反射的光則被它修飾，如此一來，一部分波到達底片更早，一部分到達更晚，這取決於它們在物體哪裡被彈開。兩束光的相關干擾形成了明亮和黑暗的光點——全息圖。

這樣的二維圖像看起來是隨機的，和物體本身完全不同。正如光波以一種最初反射自物體的產生波陣面的方式散射或衍射那樣，但該物體的三維幻影可通過發出另一束光如參照光到底片上被恢復。

現在，慕尼黑理工大學研究生Reinhard和Philipp Holl利用來自一個WiFi路由器而非激光的無線電波，形成一個寬度約1米的薄鋁十字架的全息圖，相關成果近日發表於《物理評論快報》。

這項實驗並未依賴WiFi信號中編碼的數百億個數字信息中的任何一個信息，事實上，這些信號是乾淨的、「連貫的」波。然而，研究人員並沒有將關鍵的干擾模式記錄到照相底片上，而是用一個WiFi發射機在計算機中重建了該物體。他們把一個WiFi發射機放在房間內十字架後面0.9米的地方。然後，他們又將一個標準的WiFi接收器放在十字架前1.4米的地方並緩緩地前後移動它，從而形成一個代替照相底片的「虛擬屏」。而且，他們並沒有隔開直接到達屏幕的參照光，而是在幾米遠的地方之外放置了另外一個固定接收器，在那裡可以直接看到發射器。

對於虛擬屏幕上的每個點，研究人員對比了同時抵達兩個接收器的信號，並通過由鋁十字架導致的延後製作了一個全息圖。虛擬的全息圖並不像傳統那樣，因為研究人員不能通過向其照射更多無線電波來恢復圖像。相反，科學家利用計算機將無線電波在屏幕上適時向後拉到波陣面撞擊物體的地方。十字架隨後彈了出來。

「很明顯從圖像上看，那裡有一個十字架。」鹽湖城猶他大學電氣工程師Neal Patwari說，「這令人印象深刻。」但他表示，這種方法可能在雜亂的環境中並不能很好地發揮作用。

此外，接收機和物體處於同一個屋子內，在那裡很容易看得見十字架。在原理上，Reinhard說，可以把WiFi接收器放在屋子外面，對屋子內的物體成像。然而，加拿大蒙特利爾麥吉爾大學計算工程師、並未參加此項研究的Mark Coates警示，這可能有難度，特別是如果牆上有金屬立筋時，還可以反射無線電波。「基本上，有很多光波來自如此多的方向，這種技術將非常具有挑戰性。」Coates說。

Reinhard想的主要是把一系列WiFi感應器放在一個工廠的天花板上，來製作能夠更好地跟蹤標註著射頻識別標籤的全息圖。Patwari提示，其他研究人員已經研發了更簡單的方法利用偏離的WiFi信號跟蹤大樓內人們的移動。這樣的射頻跟蹤技術將很快啟動，Patwari預測：「未來5到10年，人們將會把WiFi更多地用於定位，而非交流。」（晉楠編譯）

《中國科學報》 (2017-05-08 第3版 國際)

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！