Radaren kan oppfatte ørsmå bevegelser – måler både hjerteslag og pust

De siste 20 årene har de to mikroelektronikk-professorene Dag Wisland og Tor Sverre Lande på Universitetet i Oslo (UiO) utviklet helt ny radarteknologi som gjør det mulig å måle bevegelser med en nøyaktighet på mindre enn én millimeter. De er de aller første som har klart dette. Oppfinnelsen er nå i bruk over store deler av verden, og i fjor ble de tildelt UiOs innovasjonspris.

For å forstå hvor stor oppdagelsen deres er, må vi sveipe innom hvordan en helt vanlig radar fungerer.

Radar på 1-2-3

Rent teknisk sendes en radiobølge mot det punktet som skal måles. En liten del av radiobølgen reflekteres tilbake. For å finne ut av hvor langt unna punktet befinner seg, måler man hvor lang tid radiobølgen bruker frem og tilbake.

Artikkelen fortsetter etter annonsen

annonsørinnhold

Se hvordan ny teknologi sikrer en av Norges eldste jernbanebroer

Rett etter første verdenskrig, i 1920, klarte ingeniører for første gang å bruke radar til å måle hvor et skip var – inntil én nautisk mil unna. Siden den gang har radaren vært spesielt egnet til å måle hvor gjenstander er på lang avstand. Militæret bruker radar til å spore opp fiendtlige fly og skip. Radar brukes også i ryggesensorene i moderne biler.

Radiobølgene har den samme hastigheten som lys. Det vil si at radiobølgene beveger seg med en svimlende hastighet på 300.000 kilometer i sekundet.

En milliontedels nanosekund

Den store utfordringen har vært å fange opp radarsignaler som blir reflektert fra superkort avstand. Det var nettopp dette de to professorene fant en løsning på for 20 år siden.

De klarte da å designe hvordan en databrikke kunne fange opp refleksjonen av radiobølger på korte avstander.

Løsningen deres er så kjapp at den faktisk kan måle avstanden som en radiobølge tilbakelegger på bare et par pikosekunder. Et pikosekund er en tusendels nanosekund, eller for å si det på en annen måte: Et pikosekund er et milliontedels milliontedels sekund. På denne korte tiden har radiobølgen beveget seg mindre enn én millimeter. Hvis du skulle komme på den gode ideen å dobbeltsjekke regnestykket og kommer frem til noen millimeter mer, er forklaringen på vårt regnestykke at radiobølger mister noe av hastigheten i luft.

Uansett: For å fange opp et par pikosekunder må elektronikken være lynkjapp.

Da de to professorene, sammen med daværende hovedfagsstudent Håkon Hjortland, konstruerte den første databrikken, var den like stor som en mobiltelefon. Siden den gang er databrikken blitt stadig mindre. Nå er radaren litt mindre enn en fyrstikk, tre centimeter lang og bare noen millimeter bred. Databrikken er faktisk så liten at den kan få plass i en mobiltelefon, lyspære eller en annen liten enhet.

Da Tor Sverre Lande ble intervjuet av Apollon i 2011, var den store kongstanken hans å erstatte røntgen med radar. Da ville undersøkelsen ha blitt like ufarlig som strålingen fra et kjøleskap. Og oppfinnelsen ville ha gjort det langt enklere for deg. I stedet for at du måtte dra den lange veien til legevakten, kunne den lokale legen din ha sjekket beinbruddet ditt med en håndholdt radar.

100 ansatte

Radaroppfinnelsen deres ble kommersialisert gjennom firmaet Novelda, som de to professorene var med på å grunnlegge i 2004. I dag er Wisland en av lederne i bedriften.

Novelda holder til i Nydalen i Oslo, i Trondheim og i Kviteseid i Telemark. Selskapet har dessuten salgskontorer og kundestøtte både i USA, Japan, Hong Kong, Taiwan og Tyskland.

I 2011 hadde Novelda 17 ansatte. I dag har bedriften 100 ansatte. Mange av dem er utdannet ved UiO.

– Det er morsomt å få studentene våre ut i arbeid. Det føles meningsfullt å skape arbeidsplasser og noe som attpåtil er bra for menneskeheten, sier Lande.

Artikkelen fortsetter etter annonsen

annonse

Thomas og Michelle sparte 65.000 kroner med bilrabatt fra NITO

På spørsmål om hvilke kunder de har, svarer Wisland:

– Vi har ikke lov til å snakke om mange av kundene våre. En del av dem vil heller ikke røpe at de bruker vår teknologi. Men vi kan si såpass at vi har en rekke kjente og internasjonale selskaper som mange har hørt om.

De selger ikke til sluttbrukere. De fleste kundene er store industribedrifter som bruker databrikken i produktene sine. For å kunne tjene penger på den nye radarteknologien må de produsere store volum.

– Vi må bøye oss for markedslovene. For å få en bærekraftig produksjon må vi produsere titalls millioner med enheter, forteller Lande.

Pustesjekk

En av de store mulighetene med sensoren er å bruke den til å sjekke om du eller noen andre puster.

Når du puster, beveger deler av overflaten på kroppen din seg opptil én centimeter. Det er denne bevegelsen som sensoren måler.

Sensoren kan også brukes til å måle hjerteslagene dine når du sitter stille. Sensoren kan riktignok ikke måle hjertebevegelsene dine direkte, men hver gang hjertet ditt slår, skjer det en liten bevegelse i brystkassen din på omtrent en kvart millimeter.

– Denne bevegelsen er mulig å måle med radaren til Novelda, sier Lande.

Anvendelsene er mange.

Sensoren brukes i dag for å sjekke om du sitter foran en PC. Sensoren kan da sørge for at PC-en bare er slått på når du er der. Det er strømbesparende.

Riktignok finnes det i dag systemer som kan måle dette med infrarødt lys. Men her er det et stort aber.

– Hvis personen sitter stille, klarer ikke sensoren å måle at noen er der. Da stopper PC-en opp.

Redder liv

En annen bruk av den nye sensoren er dersom det skulle skje en brann. Tenk om det skulle brenne på et hotell.

– Med pustesensor i taket på alle hotellrommene kan brannmennene vite nøyaktig hvor de skal lete etter mennesker i live. Da slipper de å saumfare hele hotellet.

Denne anvendelsen er solgt via det tyske firmaet Steinel.

Novelda ønsker også å bruke radarsensoren i biler. Det er ikke dumt. Noen ganger glemmer foreldre barnet sitt i bilen.

– Siden 1990 har mer enn tusen barn i USA omkommet av overoppheting i bil, forteller Lande.

Ved å måle om noen puster i en innelåst bil, kan systemet slå alarm.

– Dette markedet vokser nå svært fort. Slike sensorer kan dessuten bli påbudt.

Det samme prinsippet brukes for å sjekke om fengselsinnsatte puster. Alarmen går når pustefrekvensen endres.

– Det gjør det mulig å gripe inn før det er for sent. Noen fengsler og varetektsceller har allerede fått dette systemet.

Anvendelsen fins også på kinesiske og amerikanske sykehus for å måle pustefrekvensen til Covid-19-pasienter. Sensoren brukes dessuten i babymonitorer.

Legesjekk

Et amerikansk selskap bruker sensoren til å følge med på søvnapné. Pasienter med denne lidelsen har en rekke pustestopp mens de sover. Det er ikke bra for hjertet.

De aller fleste som blir undersøkt for søvnapné i dag, får koblet til en rekke ledninger på brystkassen samtidig som de må ha på en pustemaske gjennom natten. Med den nye sensoren kan pustingen og hjerterytmen måles med en radar på nattbordet.

– Vi kan også bruke sensoren til å måle om du er søvnig, har fatigue (utmattelse) eller sliter med en mental tilstand som stress.

Greit å sjekke før man setter seg bak rattet.

– Resultatene er gode, men denne anvendelsen er ennå ikke kommersialisert, forteller Wisland.

Sensoren kan også brukes til å følge med på demente og eldre i hjemmet deres. Teknologien er også velegnet til å måle skader i bygninger og for å finne ut hvor i veggen det finnes armeringsjern, elektriske ledninger og vannrør. Den kan dessuten brukes til å måle tykkelsen på asfalt og is. Og til å måle snøkvalitet. Det gjør det mulig å avdekke snøskredfare.

Selskapet deres leverer ikke sensorer til militært utstyr. Det store unntaket er muligheten for å spore opp landminer.

Et sør-koreansk selskap bruker sensoren for å oppdage landminer, både av metall og plast.

– I dag finnes det ingen enkle løsninger for å spore opp plastminer.

Tålmodige investorer

Novelda har fått forskningsstøtte fra Forskningsrådet, Innovasjon Norge og EU.

– Det har vært veldig viktig for å få tak i investorer. Uten investorene i ryggen hadde ikke selskapet klart seg.

Ved å summere opp alle inntektene og utgiftene i årsregnskapene til Novelda 15 år tilbake i tid, har vi regnet oss frem til at tapet er på omtrent en halv milliard kroner.

 – Du har rett. Det er en halv milliard. Minst. Novelda har investert ekstremt mye for å kunne holde forspranget til alle konkurrentene våre. Vi har langsiktige eiere som har stor tro på selskapet. Dette er stort sett norske investorer. Det har ikke vært nødvendig å dra til utlandet for å hente finansiering, poengterer Lande. Investorene kom inn allerede for 15 år siden.

 – De har vært veldig tålmodige med oss.

– Er ikke 15 år ganske lenge?

 – Hvis vi hadde klart det på kortere tid, er det ikke sikkert at dette hadde vært en så stor innovasjon. Vi har hatt tid til å utvikle nye metoder som har vært viktige for radarløsningen vår.

Lav pris per enhet

Den første tiden jobbet selskapet mot spesielle nisjer der prisen på hver enkelt enhet var høy, mens produksjonsvolumet var lavt. Nå har de snudd.

– Nå har vi høyt volum med lav pris per enhet.

På spørsmål om produksjonskapasiteten svarer de:

– Vi har stor kapasitet, men vi kan ikke si hvor mye vi produserer. Vi skulle gjerne ha solgt mer.

– Når vil Novelda gå i pluss?

– Det kan vi ikke svare på.

Børs

Novelda gjør seg nå klare for børs.

– Selskapet skal på børs, men grunnet finansmarkedet og den geopolitiske situasjonen er planene utsatt. Vi kan ikke si så mye om dette.

De konkurrerer nå med store, internasjonale selskaper.

– Det er bra. Det betyr at markedet vokser. Vi har posisjonert oss for å ta plass. Da må vi henge med, forteller Lande.

De ønsker nå å ta en større del av markedet.

– Det viktigste som skjer nå, er at markedet er i eksplosiv vekst. For noen år siden var den globale etterspørselen omtrent én million enheter i året. Nå selges det 500 millioner enheter hvert år. Vi ønsker å ta vår del av dette sterkt voksende markedet.

Artikkelen ble først publisert i Apollon

Les også