Introducción: Ventajas del radar de ondas milimétricas para la monitorización sin contacto
Con el rápido crecimiento de las aplicaciones inteligentes para hogares, atención médica y seguridad vehicular, la demanda de monitorización fisiológica sin contacto está en aumento. Los sensores tradicionales de contacto, como los electrodos de ECG, los cinturones pectorales o la fotopletismografía (PPG), proporcionan mediciones precisas, pero pueden causar molestias durante el uso prolongado y limitar su uso en dormitorios, hospitales y espacios públicos.
El radar de ondas milimétricas (mmWave) ofrece una solución innovadora. Al transmitir ondas electromagnéticas en la banda de 60-77 GHz, el radar mmWave puede detectar sutiles movimientos del pecho causados por la respiración y los latidos del corazón, lo que permite una monitorización sin contacto, las 24 horas del día y con total privacidad . A diferencia de las cámaras, el radar no captura imágenes identificables, lo que protege la privacidad del usuario. A diferencia de los sensores de contacto, el radar no requiere dispositivos portátiles, lo que proporciona una experiencia de usuario más natural.
Sin embargo, en entornos reales, un solo radar puede verse afectado por la postura corporal, la orientación o la presencia de obstáculos. Sumi y Sakamoto (2025) propusieron un enfoque de fusión multirradar combinado con MVMD (Descomposición Modular Variacional Multivariante) , lo que mejora significativamente la precisión y la estabilidad de la monitorización de la respiración sin contacto y ofrece una solución fiable para su implementación práctica.
Fusión multirradar: principios y ventajas
Un solo radar captura el desplazamiento del tórax desde un único punto de vista. Cuando el sujeto se gira o cambia de postura, la amplitud de la señal puede disminuir y el ruido aumentar, distorsionando la onda respiratoria.
Para abordar esto, el equipo de investigación implementó tres radares de ondas milimétricas que capturaron simultáneamente señales de desplazamiento del tórax desde diferentes ángulos. Las señales se procesaron mediante MVMD , logrando una fusión de información eficaz y supresión de ruido.
Principio MVMD
MVMD es una extensión multivariante de la descomposición modal variacional que procesa múltiples canales de señal relacionados manteniendo la consistencia de fase. Sus ventajas incluyen:
Descomposición conjunta : se extraen de manera efectiva los patrones de respiración comunes en todos los canales.
Supresión de ruido : se eliminan el ruido ambiental y los artefactos de movimiento, lo que mejora la calidad de la señal.
Fusión de modos : el análisis de componentes principales (PCA) integra modos para generar formas de onda de respiración estables.
Flujo de trabajo:
Cada radar adquiere señales de desplazamiento del pecho xi(t)x_i(t) .
MVMD descompone las señales en funciones de modo intrínseco (IMF).
La alineación de fase se aplica en todos los modos.
PCA fusiona modos alineados para producir una señal de respiración estable y confiable.
Al fusionar múltiples perspectivas de radar, el sistema mitiga eficazmente los efectos de la postura y la orientación.
Diseño experimental y resultados
Configuración experimental
El sistema fue validado en un entorno de laboratorio controlado:
Configuración del radar : Tres radares FMCW de 60 GHz espaciados 120° alrededor del sujeto.
Sujetos : Seis adultos sanos evaluados en tres orientaciones (frontal, lateral, posterior).
Distancias de medición : 1,5 m y 3,0 m.
Escenario multipersona : 10 sujetos monitoreados simultáneamente para evaluar la separación de señales.
Los intervalos respiratorios de referencia se midieron con sensores de contacto.
Resultados
El sistema multirradar + MVMD logró un alto rendimiento en pruebas con un solo sujeto:
| Métrico | Radar único | Multirradar + MVMD | Mejora |
|---|---|---|---|
| Intervalo de respiración RMSE | – | ↓ 35,5% | ✔ |
| Frecuencia respiratoria MAE | – | ↓ 30,8% | ✔ |
| Precisión de la respiración | – | ↑ 9,4 puntos porcentuales | ✔ |
En escenarios con varias personas, el rendimiento se mantuvo sólido:
El intervalo respiratorio RMSE mejoró en un 23,5 %
La frecuencia respiratoria MAE mejoró en un 22,3%
La precisión aumentó en 6,2 puntos porcentuales
Estos resultados demuestran que la fusión de múltiples radares con MVMD puede extraer de manera confiable información sobre la respiración en diferentes posturas y en entornos de múltiples personas, lo que mejora significativamente la robustez y la confiabilidad.
Ventajas principales del radar de ondas milimétricas
1. Sin contacto y cómodo
No se requiere contacto directo con la piel, lo que proporciona una experiencia de usuario natural y cómoda para entornos domésticos y sanitarios.
2. Preservación de la privacidad
El radar solo captura datos de movimiento, no imágenes identificables, lo que garantiza la privacidad en dormitorios, hospitales y espacios públicos.
3. Penetra en la ropa y la ropa de cama.
Las ondas milimétricas pueden penetrar ropa fina y mantas, lo que garantiza una recopilación de datos confiable en entornos cotidianos.
4. Monitoreo de alta resolución y en tiempo real
El radar mmWave proporciona señales de desplazamiento de alta resolución, lo que permite el seguimiento continuo de la respiración para el análisis del sueño, la gestión de la salud y la detección de anomalías.
5. Aplicabilidad en múltiples escenarios
Ideal para hogares inteligentes, atención médica, monitoreo vehicular e interacción hombre-máquina. La fusión multiradar garantiza un monitoreo estable en entornos complejos.
6. Robustez mediante fusión multirradar
La combinación de señales desde múltiples ángulos con MVMD garantiza una salida de forma de onda de respiración confiable, incluso cuando el sujeto cambia de postura o se aleja del radar.
Valor de la aplicación Linpowave
Los módulos de radar de 60 GHz de Linpowave (por ejemplo, R60A , R60ABD1 ) admiten sincronización de múltiples dispositivos y procesamiento de fase consistente, perfectamente adecuados para aplicaciones de fusión de múltiples radares MVMD.
Las aplicaciones típicas incluyen:
Casas inteligentes : monitorización del sueño y gestión de la salud.
Asistencia sanitaria y cuidado de personas mayores : monitorización respiratoria sin contacto para pacientes y personas mayores.
Monitoreo en el vehículo : detección del estado del conductor y del pasajero para una mayor seguridad.
Interacción hombre-máquina : robots inteligentes que detectan los estados del usuario para proporcionar respuestas adaptativas.
Más información:
Preguntas frecuentes
P1: ¿Puede el radar mmWave detectar la frecuencia cardíaca?
A1: Las señales respiratorias tienen mayor amplitud, mientras que las de frecuencia cardíaca son más sutiles. Con la fusión multirradar y el muestreo de alta resolución, las futuras implementaciones podrían permitir la monitorización de la frecuencia cardíaca.
P2: ¿Es complicada la configuración de varios radares?
A2: Tres radares con una separación de 120° permiten cubrir las posiciones principales. Los módulos Linpowave permiten la sincronización multidispositivo, lo que simplifica la configuración y el procesamiento de datos.
P3: ¿La ropa o las mantas afectarán las señales de radar?
A3: Las ondas milimétricas pueden penetrar ropa y mantas finas. Las mantas muy gruesas pueden atenuar ligeramente las señales, pero el impacto en la monitorización respiratoria es mínimo.
Q4: ¿Puede monitorear a varias personas simultáneamente?
A4: Sí, los experimentos muestran que la fusión de múltiples radares puede distinguir señales de respiración de múltiples individuos, lo que es adecuado para hogares, salas o entornos de atención pública.
Q5: ¿Es seguro el monitoreo por radar?
A5: La potencia de las ondas milimétricas de 60 GHz es menor que la de los teléfonos móviles o Wi-Fi, se clasifica como radiación no ionizante y es segura para uso a largo plazo.
P6: ¿Es costosa la implementación?
A6: Con la disminución de los costos de los módulos, los sistemas multirradar son rentables y flexibles, adecuados para aplicaciones comerciales y domésticas.
Conclusión y perspectivas
La fusión de múltiples radares con MVMD proporciona una solución altamente precisa, estable y fácil de usar para el monitoreo fisiológico sin contacto.
Al integrar la adquisición de datos de múltiples perspectivas y el procesamiento inteligente de señales, el sistema se adapta a diversas posturas, escenarios de múltiples personas y entornos cotidianos, brindando un monitoreo de la respiración continuo, sin interferencias y preservando la privacidad.
A medida que la tecnología de radar mmWave continúa avanzando, este enfoque desempeñará un papel cada vez más importante en los hogares inteligentes, la atención médica y el monitoreo en vehículos, lo que permitirá una detección ambiental más inteligente, más tranquila y más centrada en el ser humano .