Können WLAN-Netze das Sehen lernen?

"Kinect" mit WLAN-Geräten: Forscher demonstrieren, dass Wi-Fi-Funkwellen benützt werden können, um Gesten zu erkennen - in alle Richtungen und auch durch Wände hindurch.
 
Ein Forscherteam der University of Washington hat ein System entwickelt, das subtile Veränderungen beim Empfang von WLAN-Funkwellen benutzt, um menschliche Gesten zu "sehen", wie 'Ars Technica' berichtet. Ziel ist es, dies zur Steuerung von Haushaltsgeräten aller Art nutzbar zu machen. Im Gegensatz zu Kinect und Co. könnte ein solches System in alle Richtungen und auch durch Wände sehen. "WiSee", wie das experimentelle System genannt wird, kann bisher neun verschiedene Gesten erkennen und als Kommandos interpretieren. Die Erkennungsrate beträgt gegenwärtig 94 Prozent.
 
Bisherige Systeme zur Gestenerkennung wie Microsoft "Kinect" benötigen eine direkte Sichtverbindung zum Empfänger. Mit "WiSee" könnte man aber ein Radio oder einen Fernseher auch von der Seite aus steuern, oder vom Schlafzimmer aus das Licht in der ganzen Wohnung einschalten.
 
Menschliche Körper verursachen Dopplereffekt
Für elektromagnetische Wellen im von WLAN benutzten Frequenzbereich ist der menschliche Körper nicht völlig transparent, die Wellen werden teilweise absorbiert und auch reflektiert. Wenn man sich bewegt entsteht, bei der Reflexion auch ein winziger Dopplereffekt: Die Frequenz von WLAN-Wellen wird durch Bewegungen um vielleicht 2 Hertz, also zwei Schwingungen pro Sekunde, erhöht oder erniedrigt, wie Sidhant Gupta, ein Mitglied des Teams gegenüber 'Ars Technica' erklärt.
 
Das ist ein wirklich äusserst subtiler Effekt, wenn man bedenkt, dass für WLAN Frequenzen im Bereich von rund 2,4 bis 2,5 oder 5,15 bis 5,8 Gigahertz benützt werden. Trotzdem sind handelsübliche WLAN-Router empfindlich genug, um zur Analyse dieser Frequenzschwankungen benützt zu werden, so Gupta. Voraussetzung ist lediglich ein Gerät mit mehreren Antennen und "multiple input multiple output" (MIMO)-Fähigkeit. Als Signalquelle kann jede Art von WLAN-Sender benützt werden, neben Routern also beispielsweise auch Smartphones oder Tablets.
 
Um die von bestimmten Gesten verursachten Frequenzverschiebungen zu erkennnen, wird das 20 Megahertz breite Frequenzband eines Kanals von der WiSee-Software in viele kleine Bänder aufgeteilt, deren Veränderungen einzeln analysiert werden. Natürliche Frequenzschwankungen, die nicht von menschlichen Bewegungen verursacht werden, werden ausgefiltert. Die Software lernt dann mit der Zeit, eine bestimmtes Veränderungsmuster mit einer bestimmten Geste, beziehungsweise einem bestimmten Kommando zu verknüpfen.
 
Gesten als Passwort
Natürlich wirft WiSee auch noch grundsätzliche technische Fragen auf. Wie verhindert man beispielsweise, dass plötzlich der Nachbar den Fernseher bedient? Laut Gupta könnte eine bestimmte Geste als persönliches Passwort verwendet werden. Das System sei in der Lage, eine einzelne Person zu fixieren und ihr durch verschiedene Räume zu folgen. Zudem könne auch festgestellt werden, in welchem Raum eine bestimmte Geste ausgeführt wird.
 
Gemäss Gupta hat man sich zunächst auf neun Gesten beschränkt, um diesen Lernprozess möglichst einfach zu halten. In einem nächsten Schritt soll das Gestenvokabular deutlich erweitert werden. Zudem plant das Team, eine Programmierschnittstelle zu entwickeln, die es anderen Teams ermöglichen würde, eigene "Gestensprachen" für WiSee zu entwickeln. (Hans Jörg Maron)