Langaton lähiverkko kehittyy koko kodin kaukosäätimeksi.

Tuttua Wi-Fi-reititintä muistuttava WiSee on laite, jonka tarpeellisuudesta voi kinastella, mutta kekseliäisyydestä täytyy antaa täysi tunnustus Washingtonin yliopiston tietoteknikoille.

WiSee on yleiskaukosäädin, jolla voi ohjata kodin sähkölaitteita, kuten viihde-elektroniikkaa, ilmastointia ja valaistusta. Yleissäädin sinänsä on jo vanha keksintö, mutta WiSee vie sen toiminnan aivan uudelle alueelle.

Pelkkä verkko riittää

Tavallisesti kaukosäätimet komentavat laitteita lähettämällä niille valo-, radio- tai ääniaaltoja. Uudessa tekniikassa lähettiminä toimivat langattomat laitteet ja ohjeina ihmisen ilmaan viittomat käsimerkit.

WiSeen tehtävänä on analysoida langatonta liikennettä ja siinä kulkevia komentoja. Verkkoa käytetään ohjeiden tunnistamiseen ilman erillisiä tunnistimia, tiivistää idean tutkimusryhmän johtaja Shyam Gollakota.

Jos näkisit langattoman verkon, näkisit jonkinmoisia väriseviä aaltoja, joita on usein koko kodin täydeltä. Ne ympäröivät puhelimia, tietokoneita, pelikonsoleita, dvd-soittimia, mitä tahansa langatonta laitetta noin 20 metrin säteellä.

Aallot ovat radiotaajuista sähkömagneettista aaltoliikettä, joka ei piittaa vastaan osuvista seinistä eikä huonekaluista vaan menee niiden läpi. Sen sijaan se piittaa liikkeistä. Aina kun ihminen liikahtaa, liike vaikuttaa koko viritelmään. Siksi liikkeen voi havaita, tehtiin se missä tahansa kohdassa kotia. Tähän ilmiöön WiSee perustuu.

Liike näkyy taajuudessa

Kun eleohjaaja heilauttaa kättään, lähiverkon radioaaltoihin ilmaantuu uusi pieni aalto, joka ”soluttautuu” tausta-aaltojen lomaan. Kun aallot kohtaavat, aallokon taajuuteen syntyy vaihtelua. Se joko pienenee tai suurenee sen mukaan, mihin suuntaan ohjaaja on liikkeensä tehnyt. Muutokset tunnetaan dopplersiirtymänä.

Saman ilmiön voi havaita esimerkiksi paloauton sireenin ulvonnassa. Kun auto lähestyy, ääniaallot puristuvat kokoon ja äänenkorkeus nousee. Kun auto loittonee, ääniaallot venyvät ja äänenkorkeus madaltuu.

Radioaallot liikkuvat tietysti paljon rivakammin kuin paloauto. Niiden nopeus on noin 300 000 kilometriä sekunnissa, mikä tuottaa verkkoon miljardien hertsien taajuuden.

Kun käsi liikkuu samassa ajassa vain puoli metriä, on selvää, ettei syntyvä taajuuskaan voi olla kovin suuri. Itse asiassa se on niin pieni, että sitä on normaalisti hyvin vaikea erottaa tausta-aaltojen lomasta. On kuin ampuisi vesipyssyllä myrskyävään mereen ja yrittäisi mitata syntyneet väreet. WiSeellä mitätön muutos kuitenkin löytyy.

Tutkijat ratkaisivat ongelman kehittämällä mutkikkaan laskukaavan, joka osoitti, että puoli metriä sekunnissa liikkuva käsi aiheuttaa lähiverkossa 17 hertsin dopplersiirtymän. WiSee käyttää tätä eräänlaisena ohjetaajuutena, jonka pohjalta sen signaalinkäsittelyjärjestelmä pystyy laskemaan jopa muutan hertsin suuruiset taajuuden muutokset.

Kädenjälki pitää opettaa

Kylmiltään WiSee ei kuitenkaan tiedä, mikä siirtymän aiheuttaa. Jottei se reagoisi vaikkapa pöydälle hyppäävään kissaan, se on opetettava erottamaan laitteiden ohjaukseen käytettävät eleet satunnaisista liikkeistä.

WiSeelle toistetaan valittuja ohjausliikkeitä, kunnes se oppii, millaisen kuvion mikin ele synnyttää. Tämä onnistuu, kun liikkeet muuttaa lukusarjaksi sen mukaan, millaisen dopplersiirtymän ne aiheuttavat. Liike eteen on 1, liike taakse on –1 ja edestakaisin on 2.

WiSeen prototyyppi tunnistaa yhdeksän liikettä 94 prosentin tarkkuudella. Paras tulos syntyy, kun käytössä on kaksi lähetintä ja WiSeessä monta antennia. Silloin laitteen huomio pystyy ohjaajassa, vaikka verkon alueella liikkuisi väkeä enemmänkin tai käyttäjiä olisi useita.

Järjestelmän väärinkäyttö tahallaan tai vahingossa on estetty sillä, että ennen komentoliikkeitä ohjaajan täytyy tehdä liike, joka toimii hänen salasananaan.

Muut vielä jäljessä

WiSee ei ole ainoa kauko-ohjausjärjestelmä, joka toimii eleillä. Niitä on jo tietokoneissa, televisioissa ja pelikonsoleissa. WiSeen kehittäjät ovatkin tunnustaneet kiitollisuudenvelkansa Microsoftin Xbox Kinectille. Kaikissa näissä on kuitenkin liikkeitä poimimassa kamera tai jokin muu erillinen tunnistin. Lisäksi käyttäjän on oltava tunnistimen näkökentässä, mitä WiSee ei vaadi.

Microsoftin laboratorioissa on kokeiltu myös Humantenna-laitetta. Se mittaa muutoksia, joita liikkeet aiheuttavat sähköjohtojen synnyttämässä sähkömagneettisessa kentässä. Laitteella voi ohjata tietokonetta, mutta vain samassa huonetilassa Silloinkin käyttäjän ranteessa on tunnistin, joka mittaa muutoksia.

Petri Forsell on vapaa toimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2013