UWB para la localización precisa y detección de proximidad entre dispositivos, como persona y vehículo para prevenir atropellos y accidentes.
Cómo funciona
Se generan pulsos de radio UWB que se emiten a intervalos regulares, estas son señales de radio muy cortas en el tiempo y con un ancho de banda amplio. Al igual que otros protocolos de comunicación, incluidos Bluetooth y Wi-Fi, UWB se puede usar para transmitir datos entre dispositivos. Estas señales se envían desde un transmisor a un receptor, o entre transceptores. El dispositivo receptor analiza el patrón entrante y lo traduce en datos.
La característica más distintiva de la tecnología UWB es su ancho de banda extremadamente amplio. Los pulsos abarcan un amplio espectro de frecuencias, lo que significa que utilizan una gran cantidad de frecuencias en un intervalo de tiempo muy corto.
Los pulsos se transmiten en secuencias a intervalos regulares. Estos pulsos se envían de manera continua o en patrones específicos, dependiendo de la aplicación.
Cuando un pulso se encuentra con un receptor UWB en su camino, ese receptor envía una onda al emisor. El emisor mide el tiempo que ha tardado en recibir estas señales reflejadas, lo que se conoce como «tiempo de vuelo» TOF (time of flight).
Conocida la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el medio (generalmente el aire), que es una constante, el sistema puede calcular la distancia entre el emisor y el receptor que reflejó la señal. Esto se hace utilizando la fórmula básica de la distancia igual a velocidad por tiempo (d = v * t).
Precisión en la localización: Debido a la brevedad de los pulsos y su capacidad para medir el tiempo de vuelo con gran precisión, esta tecnología es altamente efectiva en la determinación de la distancia y la localización relativa de objetos, ya que puede distinguir entre objetos cercanos con diferencias muy pequeñas en el tiempo de llegada de las señales reflejadas.
Aplicación y funcionamiento en sistema antiatropello
Seguridad en el trabajo y prevención de accidentes laborales
En entornos industriales y de construcción, se utilizan sistemas basados en UWB para la detección de la proximidad entre trabajadores y maquinaria pesada, como excavadoras, camiones, grúas y vehículos industriales. Esto ayuda a prevenir accidentes por atropello o colisión.
En almacenes y logística: En almacenes y centros logísticos, se emplea la tecnología UWB para mejorar la seguridad de los trabajadores. Los sistemas pueden alertar a los operadores cuando están en proximidad de equipos de movimiento, como carretillas elevadoras o vehículos de transporte, reduciendo el riesgo de accidentes.
Transmisor y receptor
Se utilizan dispositivos UWB tanto en el vehículo como en la persona. El vehículo tiene un transmisor y la persona lleva un receptor.
Tiempo de vuelo del pulso y cálculo de distancia
Cuando un pulso es emitido por el transmisor en el vehículo, viaja hacia la persona y es detectado por el receptor en la persona. El receptor mide el tiempo que tarda en llegar el pulso (tiempo de vuelo).
Conociendo la velocidad de propagación de las ondas en el aire (que es constante), el receptor puede calcular la distancia entre el vehículo y la persona utilizando el tiempo de vuelo del pulso. Esto se hace mediante la fórmula distancia = velocidad x tiempo.
Determinación de la proximidad y distancia de seguridad
Se establece una zona de seguridad predeterminada alrededor del vehículo. Si la distancia medida entre la persona y el vehículo está por debajo de un umbral crítico que indica proximidad peligrosa, se activan las medidas de seguridad correspondientes.
Acciones desencadenadas
Dependiendo de la implementación específica de seguridad, las acciones de prevención pueden incluir activar alertas visuales y sonoras, frenar el vehículo automáticamente, activar sistemas de iluminación o incluso detener la operación de maquinaria cercana.
«Banda Ultraancha es la principal tecnología de localización»
Otras áreas de aplicación para mejorar la seguridad de las personas.
Localización en Tiempo Real para seguimiento en interiores (Real-time locating system): Se utiliza en sistemas de seguimiento y localización en interiores, lo que permite rastrear la ubicación precisa de las personas en tiempo real en entornos cerrados como hospitales, centros comerciales o fábricas.
Sistemas de alarma y seguridad personal: Algunas empresas están utilizando la tecnología en dispositivos de alarma y seguridad personal. Estos dispositivos permiten a las personas enviar alertas en caso de emergencia y también pueden ayudar a determinar la ubicación exacta de una persona en situaciones de peligro.
Control de acceso y autenticación: Se está utilizando en sistemas de control de acceso seguro. Los dispositivos pueden identificar y autenticar a las personas en función de su ubicación precisa, lo que mejora la seguridad y evita el acceso no autorizado a áreas restringidas.
Localización de equipos y objetos: La UWB también se utiliza para localizar y rastrear equipos y objetos valiosos. Esto puede ser útil en entornos industriales o en la gestión de inventario, donde es importante saber la ubicación precisa de los elementos.
Capacidad de atravesar materiales
Las señales UWB tienen propiedades únicas que les permiten penetrar a través de varios tipos de materiales, incluidos muros, madera, plástico y otros obstáculos comunes en entornos interiores. Esto hace que sea adecuada para localización en interiores y detección de proximidad, ya que funciona cuando los dispositivos UWB no tienen línea de visión directa entre sí.
Sin embargo, la capacidad de penetración de las señales puede verse afectada por la densidad y el grosor del material. Materiales más densos o gruesos pueden reducir la capacidad de penetración de la señal UWB y disminuir su alcance. Por lo tanto, en entornos con obstáculos significativos, es posible que se requieran múltiples nodos o dispositivos UWB para garantizar una cobertura adecuada.
Aunque UWB es conocida por su capacidad de penetración en comparación con otras tecnologías de comunicación inalámbrica, existen limitaciones.
Grosor del material
En general, cuanto más grueso sea un material, mayor será la atenuación de la señal a medida que atraviesa el material. Esto significa que la señal podría debilitarse a medida que pasa a través de material más grueso. Sin embargo, puede funcionar en muchos escenarios a través de materiales moderadamente gruesos, como paredes de edificios.
Densidad del material
La densidad del material también puede afectar la capacidad de UWB para penetrar. Los materiales densos, como la madera dura o la madera tratada, pueden atenuar la señal más que la madera más ligera o porosa. La presencia de agua en la madera también puede influir en la atenuación de la señal.
Materiales que atraviesa mejor:
Materiales no metálicos: generalmente atraviesa materiales no metálicos, como madera, plástico, cartón y yeso, con relativa facilidad.
Materiales porosos: Los materiales porosos tienden a permitir una mejor propagación de señal. Esto incluye materiales como espuma y ciertos tipos de tejidos.
Materiales que dificultan la propagación:
Metales: Los metales son conocidos por bloquear eficazmente las señales de UWB debido a su alta conductividad eléctrica. La señal se refleja en su mayoría en la superficie de los metales, en lugar de atravesarlos.
Agua: El agua también puede absorber la energía de la señal UWB, lo que puede reducir su alcance y capacidad de penetración. Esto puede ser relevante cuando se trata de aplicaciones en entornos con alta humedad.
¿Por qué UWB es la principal tecnología como Sistema de Localización en Tiempo Real (Real-time locating system)?
UWB (Banda Ultraancha) destaca como la principal tecnología de localización debido a sus propiedades físicas intrínsecas diseñadas específicamente para lograr una ubicación precisa y comunicación en tiempo real, altamente confiables. A diferencia de tecnologías como Bluetooth o Wi-Fi, que se están adaptando para nuevos usos, UWB se destaca por su precisión superior y su inmunidad a las interferencias. UWB supera a Bluetooth y Wi-Fi en términos de precisión, capacidad de rango y resistencia a las interferencias, lo que la convierte en la elección preferida para aplicaciones avanzadas de seguimiento y Localización en Tiempo Real en interiores (Real-time locating system RTLS).
Comparativa de tecnologías UWB vs. Bluetooth vs. Wi-Fi
UWB vs. Bluetooth:
Ambas UWB y Bluetooth tienen similitudes como bajo consumo de energía, bajo costo y capacidad de seguimiento de activos. Sin embargo, UWB ofrece una precisión superior a Bluetooth gracias a su método de determinación de ubicación basado en el tiempo de vuelo (ToF). Bluetooth utiliza tecnología de posicionamiento BLE que típicamente estima la distancia a través de RSSI, lo que resulta en una menor precisión. Bluetooth tiene un rango y una velocidad de datos más cortos en comparación y es más susceptible a interferencias de señal en la estimación de distancia. Aunque Bluetooth tiene un ecosistema amplio, UWB es más preciso y adecuado para aplicaciones avanzadas de seguimiento y ubicación.
UWB vs. Wi-Fi:
A pesar que Wi-Fi tiene una presencia significativa en dispositivos y espacios interiores, UWB supera a Wi-Fi en aplicaciones avanzadas que requieren una alta precisión. Wi-Fi mide la ubicación principalmente en función de la intensidad de la señal, al igual que Bluetooth, lo que resulta en una precisión inferior en comparación con UWB. Wi-Fi también es propenso a la interferencia de señal, mientras que UWB tiene una fuerte inmunidad. UWB requiere menos energía, lo que permite herramientas más útiles y asequibles, como etiquetas de seguimiento de activos con baterías de botón de larga duración. Aunque Wi-Fi tiene muchos dispositivos habilitados y puede aprovechar la infraestructura existente, como los puntos de acceso, UWB es preferible cuando se necesita alta precisión.
Un poco de historia
La tecnología de Banda Ultraancha (UWB) tiene una historia interesante que se remonta a principios del siglo XX.
Descubrimiento inicial, de la base teórica para la tecnología UWB se estableció en la primera mitad del siglo XX con el trabajo de figuras prominentes como Nikola Tesla y Guglielmo Marconi. Tesla, en particular, experimentó con pulsos de radio de corta duración y demostró la posibilidad de enviar información a través de ellos.
Desarrollo durante la Segunda Guerra Mundial, cuando el interés en la tecnología UWB aumentó significativamente debido a su capacidad para eludir la detección por parte de los radares enemigos. Los investigadores comenzaron a explorar aplicaciones militares de UWB para la comunicación y la detección de objetos, aunque estas tecnologías se mantuvieron en gran medida clasificadas.
Decadencia después de la guerra, la investigación en UWB disminuyó en gran medida en los Estados Unidos y otros países, ya que se enfocaron en otros desarrollos tecnológicos. Sin embargo, en la Unión Soviética, la investigación continuó y se utilizó para aplicaciones militares y científicas.
Resurgimiento en la década de 1990, cuando experimentó un renacimiento impulsado en parte por la demanda de aplicaciones de posicionamiento y comunicación de alta precisión. Se reconoció que la capacidad de UWB para transmitir información a través de pulsos de radio extremadamente cortos y su capacidad para medir el tiempo de vuelo con precisión lo hacían ideal para aplicaciones como posicionamiento en interiores y detección de objetos.
2000-2010: Durante este período, se realizaron avances en el desarrollo de estándares. Se formaron varios grupos y consorcios, como la Asociación de Tecnología Inalámbrica de Ultra Ancha (UWB Forum) y la Alianza de Banda Ultraancha (UWB Alliance), que trabajaron en la estandarización y promoción de la tecnología.
2010 en adelante: La UWB continuó evolucionando y encontrando aplicaciones en diversos campos. En 2013, se formó el Grupo de Trabajo IEEE 802.15.4z para desarrollar un estándar para aplicaciones de alta precisión y baja latencia. Además, se han introducido productos comerciales que utilizan la UWB, como sistemas de localización en interiores, dispositivos de seguimiento y dispositivos de conectividad de corto alcance.
En los últimos años, ha ganado popularidad en aplicaciones como localización precisa de dispositivos, sistemas de posicionamiento en interiores, seguridad de vehículos y detección de proximidad. La tecnología UWB ha demostrado su capacidad para proporcionar mediciones de distancia y ubicación altamente precisas, lo que ha llevado a su adopción en una variedad de dispositivos y soluciones tecnológicas.
