Czy z radarów można zbudować instrument muzyczny? Jak najbardziej! Studenci z Politechniki Wrocławskiej stworzyli radarowy theremin, a ich projekt znalazł się w finale międzynarodowego konkursu IEEE AP-S Student Design Contest.

Urządzenie zbudowało czworo studentów z Wydziału Elektroniki – Alicja Kwaśny, Piotr Grobelny, Aleksander Kubeczek i Kamil Mężyński, a ich opiekunem merytorycznym był dr hab. Adam Narbudowicz.

Projekt powstał z myślą o udziale w konkursie organizowanym w ramach konferencji IEEE Antennas and Propagation Symposium, która pierwotnie miała się odbyć w Kanadzie, jednak ze względu na pandemię koronawirusa miała formę online.

Celem konkursu było stworzenie urządzenia radarowego o walorach edukacyjnych, które mogłaby zmontować nawet osoba bez wykształcenia technicznego. Do konkursu zgłoszono ponad 30 prac, a nasi studenci awansowali do ścisłego finału, w którym znalazło się jeszcze pięć innych projektów i chociaż nie zajęli miejsca na podium, to zebrali od jury bardzo pozytywne recenzje.

Muzyczne inspiracje

Pierwotnie studenci rozważali budowę systemu rozpoznawania ruchu w formie tablicy do gier, w którym radar wykrywałby ruch ręką i pozwalał na wirtualne przesuwanie różnych elementów na ekranie monitora. Ostatecznie jednak zwyciężył pomysł muzyczny.

– Większość naszej grupy jest w jakiś sposób związana z muzyką i stąd idea, żeby stworzyć prosty instrument muzyczny. Alicja Kwaśny zaproponowała, żeby w takim razie zbudować theremin tylko za pomocą radarów. Pomysł nam się bardzo spodobał, bo muzyka przemawia do każdego bez względu na wiek i wpasowuje się w edukacyjne założenia konkursu – mówi Piotr Grobleny.

Prace nad urządzeniem trwały przez niemal cały semestr i były bardzo utrudnione z powodu epidemii koronawirusa oraz lockdownem w Polsce. W związku z zamknięciem PWr mocno ograniczony został m.in.  dostęp do laboratoriów, dlatego większość pracy trzeba było wykonać zdalnie. – Części zostały na szczęście zamówione przed epidemią. Najwięcej zrobiliśmy w czerwcu, kiedy to część naszej grupy wróciła do Wrocławia i wraz ze zniesieniem obostrzeń mogliśmy się spotkać i pracować w laboratorium – dodaje Piotr Grobelny.

W swoim projekcie studenci zdecydowali się na wykorzystanie dwóch łatwo dostępnych i stosunkowo niedrogich radarów – radaru dopplerowskiego, który w swoim działaniu jest zbliżony do czujnika ruchu i radaru typu FMCW, który jest bardziej zaawansowaną konstrukcją stosowaną m.in. w testach pojazdów autonomicznych. Dodatkowo ich instrument składa się jeszcze z arduino, czyli mikrokontrolera formatującego dane, żeby mogły być sczytane przez komputer i systemu zasilania. Na potrzeby projektu studenci musieli także napisać specjalną aplikację w języku Python.

– Urządzenie jest bardzo uniwersalne i łatwe w budowie. Wszystkie elementy można kupić w Internecie, podpiąć do komputera i zainstalować program, żeby całość działała. W teorii każdy powinien więc sobie z tym poradzić bez większego problemu – podkreśla dr hab. Adam Narbudowicz.

Studenci przygotowali także film instruktażowy, na którym można zobaczyć m.in. jak złożyć wszystkie elementy i jak wygląda gra na radarowym thereminie:

Wykorzystanie praktyczne

Nietypowy instrument może być wykorzystany jako znakomite urządzenie edukacyjne dla dzieci i młodzieży, które w przystępny sposób pokazuje działanie radaru dopplerowskiego oraz radaru FMCW.

– Stworzyliśmy kilka wersji oprogramowania, a jedno z nich działa bardziej jako kontroler gestów do komputera. Gesty ręki są wykrywane przez radar i wyzwalają konkretne zaprogramowane akcje na komputerze jak np. wciskanie konkretnych klawiszy klawiatury. Dzięki temu możliwe jest sterowanie oddzielnymi programami. Wydaje nam się, że w wersji rozszerzonej i bardziej dopracowanej mogłoby służyć jako kontroler muzyczny służący do profesjonalnego tworzenia muzyki – wyjaśnia Piotr Grobelny.

Innym zastosowaniem może być też po prostu kontroler gestów, który będzie przekładał ruchy ręki na konkretne zadania stworzone przez użytkownika. W związku z realizacją projektu przygotowywane są także dwie prace inżynierskie.

– Jedna z nich pisana jest bardziej pod kątem rozpoznawania gestów dłoni, ale będzie w niej wykorzystywane oprogramowanie przygotowane na potrzeby projektu. Druga dotyczy tzw. inteligentnych powierzchni i będzie realizowana we współpracy z Instytutem Fraunhofera w Niemczech – dodaje dr hab. Adam Narbudowicz.

Linki do kodów źródłowych:  

• Kontroler Audio (muzyka)PWR Radar Team, “Audio controller”
• Kontroler klawiatury komputeraPWR Radar Team, “Keyboard controller” 

Rozmowy ze studentami z KN Robocik można posłuchać na stronie Akademickiego Radia Luz.

mic