Az iPhone 11 bemutatásával hallhattunk először az Apple U1 chipjéről, viszont az eddigi beugró, AirDrop-irányítást pontosító funkcióján kívül nem nagyon tudtuk másra felhasználni. Noha ősszel még három termék csatlakozott az U1-esek táborába – ám arról, hogy mire is lesz jó nekünk az U1, csak pár hete kezdte lerántani a leplet a cupertinói cég: mégpedig az iOS 14.4 verzió HomePod minire vonatkozó frissítésével.

Ássunk hát kicsit mélyebbre, mit is tud ez a high-tech antenna, és nézzünk a jövőbe, milyen reform várható a chipnek köszönhetően – nem csak az Apple háza tájékán.

Az Apple eddig nem sokat tárt fel az U1-chipről – az iPhone 11-nél csak annyit tudtunk meg, hogy az UWB (ultra wideband) hullámhosszú technológiát alkalmazza, ami a térérzékeléssel kapcsolatos, “GPS a nappalidban”-jellegű új érzékszerve lesz az iPhone-nak, és ha rámutatunk a telefonnal valaki más U1-es telefonjára, őt fogja először feldobni az AirDrop, mint kiválasztható célszemélyt.

Tegye fel a kezét, aki használta ezt a funkciót! ?‍♂️?‍♀️

Azóta a 2020-as WWDC-n nagyon röviden jelezték, hogy a digitális autókulcs is ezt fogja használni, valamint ősszel megtudtuk, hogy belekerült az Apple Watch Series 6-ba, az iPhone 12-családba és az új HomePod minibe is.

De hogy mire is képes ez az új technológia, honnan ered, és mire készül vele az Apple? Tegyünk egy kis betekintést a paraméterekbe, a történelmébe, és a várható funkciók ultrakirály alkalmazásaiba! ?

Technikai adatok

Mi az az ultraszélessávú (továbbiakban: UWB) technológia, és mire használható?

Röviden: a Wi-Fi-hez és a Bluetooth-hoz hasonló, vezeték nélküli technológia, ami beltéri távolságban tűpontos helymeghatározásra, valamint gyors és biztonságos adatcserére képes, igen alacsony energiafelhasználás mellett.

Számokkal: két UWB jeladóvevő eszköz 10 méteren belül tizedmásodpercenként akár néhány mm pontosságú és irányérzékeny helyzetmeghatározásra, illetve 27 Mbps-os adatátvitelre is képes a szabványok alapján (az elméleti maximum 200 m hatótáv, 675 Mbps adatátvitel).

Összehasonlításul: a Bluetooth 5-ös szabvány 2 Mbps-os sebességet ír elő, és jó esetben pár centiméteres pontosságú helymeghatározásra képes, viszont irány nélkül, mivel Bluetooth-nál a távolságmérés a jelerősségen alapszik. Noha a Bluetooth a LE-módban (low energy) alacsony energia fogyasztással bír, de az UWB kommunikációs módszere – köszönhetően az eltérő jeltovábbítási elveinek – még ennél is kevesebbet igényel.

Az NFC ezekhez képest még rövidebb távról még pontatlanabb és kisebb adatcserére képes, míg a Wi-Fi pedig nagyobb távolságból is elérhető, gyorsabb, de helymeghatározásban elég pontatlan, sőt, magasabb energiafogyasztással bír.

Míg a Wi-Fi és Bluetooth keskeny, 20-80 MHz-es hullámsávokat (csatornákat) használ fel 2,4, illetve 5 GHz körüli frekvenciákon, addig az UWB 500 MHz és 1,3 GHz közötti széles sávokkal operál 3,1-10,6 GHz-es frekvenciatartományban (ez országonként és chipgyártónként változó, újabban leginkább a 6-9 GHz-et használják). Az eltérő hullámhossz biztosítja, hogy az UWB hullámjelek nem interferálnak a Bluetooth és a Wi-Fi eszközökkel.

Az UWB jeltovábbítási módszere az ismertebb rádióhullám modulációktól (AM/FM/PSK) eltérően sűrű impulzusok formájában zajlik: akár 2 ns-onként küld adott szélességű impulzusokat, és ezen impulzusok időbelisége és sávszélessége kódolja a jeleket, nem pedig a hullámjel “alakja”, mint az említett jelenlegi technológiáknál.

A távolságot abból az időből számítja ki, ami alatt visszaérkezik a jel a másik eszközből (“time of flight”). Ezt elég sűrűn ki tudja számolni, így azt is detektálni tudja, hogy a két eszköz közeledik egymáshoz – és pont ez a kötelezően átadott információ a biztosítéka annak, hogy tényleg a közelből van küldve a jel, nem pedig távolról próbálják meghackelni.

További előnye a jel karakterisztikájának, hogy kevésbé érzékeny a közbeékelődő tárgyakra, így a falon túl is jobban megmarad a mérések pontossága, legalábbis a többi vezeték nélküli módszerhez képest.

A kezdetektől napjainkig

Visszatekintve az időben, évtizedek óta létező technológiáról beszélünk. Például raktárakban elhelyezett dobozok megtalálására régóta használják, vagy egyéb ipari logisztikai automatizációs folymatoknál. Volt már közeli számítógépes eszközök adatcseréjére is próbálkozás – kevesebb sikerrel. A valós idejű, pontos helymeghatározási módszereket leglátványosabban profi sportközvetítéseken szoktak használni, például az amerikai futball esetén, amikor a sportoló ruhájába és a labdába helyezve az UWB jeladót, a kamerákat igen pontosan lehet a történésekre irányítani, vagy kiterjesztett/virtuális valóságban rekonstruálni a játékosok és a labda mozgását.

(Amerikai focista öltözékébe és a labdába helyezett UWB chip)

A 2010-es évek folyamán UWB jeladóvevőket felhasználva többféle egészségügyi és egyéb alkalmazását is meg tudták valósítani. Mindezek a korai megvalósítások azért nem terjedtek nagyon el és kerültek be a köztudatba, mert a jeladóvevők gyártása, elhelyezése költséges és körülményes volt, így többnyire ipari célú felhasználásra készültek el eszközök.

2019. szeptembere pedig egy olyan dátum az UWB technológia történelmében, amikor elérhetővé válik tömegpiacra szánt formában is – egyrészt az iPhone 11-ekbe bekerülő U1 chip által, valamint a pár nappal később bejelentett SR100T chipset által. Az utóbbinál érdemes megjegyezni a holland chipgyártó, az NXP Semiconductors nevét, akik a Samsung mellett számos tech vállalattal, sőt autógyártóval dolgoznak együtt (nem csak) az UWB technológia bevezetésével.

Az NXP “secure UWB” chipje került bele a Samsung Galaxy Note20 Ultrába (2020. augusztusában), a Galaxy Z Fold 2-be, és a nemrég bemutatott Galaxy S21 Ultrába. A Xiaomi is elméletileg elhelyezte az Mi 10-es szériás csúcstelefonjaiba a chipet, de erről eddig még nem találtam megerősítő információt, noha az októberi, az UWB-technológiát feltáró bemutatójukban utaltak erre.

A Samsung és a Xiaomi mellett a kínai Oppo és Vivo telefongyártók is tervezik az UWB bevezetését, valamint a Google is hozzáadta az UWB API-ját a 12-es Android verzióhoz, noha még csak “folyamatban levő” címkével, és a 3rd-party alkalmazások számára nem elérhető módon. Az Apple-nél pedig az iOS 14-től érhetik el a fejlesztők a “Nearby Interaction Framework”-öt, ami által fel tudják használni az U1 chip méréseit.

Láthatjuk tehát, hogy Android-fronton is megindult az érdeklődés az ultraszélessávú technológia iránt – azaz immár globálisnak mondható az UWB alkalmazása iránti igény –, még ha egyelőre csak a csúcstelefonok körében kezd majd elterjedni. De ez a jelenlét máris készteti a vájtfülűbb fejlesztőket, hogy elkezdjék a rá építhető lehetőségek kiaknázását. (Az App Store-ban eddig 3 appot találtam, amik elvileg használják az U1 chipet.)

Azoknak, akiket részletesebben is érdekel az UWB kialakulása, ajánlok egy angol nyelvű, 43 perces podcastot, amiben egy, UWB-vel régóta foglalkozó szakembert interjúvolnak meg, pont az iPhone 11 bemutatása után nem sokkal: YouTube-on, ‎vagy a Podcastokban.

(Elérhető UWB chipek: Apple: U1; DecaWave/Qorvo: DWM1000 és DWM3000; NXP: SR100T és NCJ29D5; 3 dB: 3DB6830)

Mire használhatjuk?

Nagyon érik a kérdés, hogy akkor így, tömegárucikként – a zsebünkben tartva, csuklónkon hordva, vagy az otthonunk asztalán –, vajon mire fogjuk tudni használni? Mitől lesz ez forradalmi, vagy mi lesz az a funkciója, ami miatt nagy számú fejlesztő csapat áll majd neki ultramenő UWB-alapú alkalmazások elkészítésére?

Be kell valljuk, hogy a HomePod mini 14.4-es frissítéssel elérhető Handoff-megsegítése, bár szép kezdés, de még nem lopta nagyon a szívünkbe magát, sőt… Viszont az irányt máris elég jól megmutatja, ahogy a 2019-es “GPS a nappalidban” szlogen is erre utalt: hogy okosotthonban használható high-tech eszközről van szó, valamint valamiféle navigációra hivatott.

Noha az Apple ezen kívül eddig nem sok információt tárt fel az U1 chip használatáról, az NXP Semiconductors honlapján több ismertető videó is található arról, hogy milyen célokat és lehetőségeket kezdtek el megvalósítani. Tekintsük meg felvezetésként az alábbi videót, majd nézzük meg a funkciókat, kategorizálva!

https://youtu.be/sYLl3CTmYAE

Biztonságos digitális kulcs

Az UWB Bluetooth-szal szembeni előnyét – a pontosság és az alacsony energiaigény mellett – a biztonságos információcsere tetézi. De miért is ilyen megbízható az UWB jeltovábbítási módszere?

Már említettük, hogy az impulzus alapú rádiójeles módszernek köszönhető a tény, hogy nem lehet megkerülni az eltelt idő alapú távolság- és iránymeghatározást az adatcsere során sem, ami lehetővé tesz egy külön ellenőrzési lépést a feljogosított eszköz közeliségére vonatkozóan. Tehát például amikor az autónk vagy a lakásunk ajtajához közeledünk, az UWB jelek által átadott helyzeti információt távolról erősebb jellel sem lehet leutánozni, így meghackelni sem (volt már ezen alapuló autólopás) – innen tudhatja az okos zár, hogy tényleg ott vagyunk a közelében és nyitható.

Ezt a biztonságos zár-nyitási elvet és a közeledő helyzeti információt kihasználva máris eszünkbe juthat, hogy miért is ne nyílna ki az ajtó magától, ha elkezdünk közeledni felé? Természetesen, ha jogosultak vagyunk erre. Vagy akár az UWB-vel felszerelt autónk is kinyithatja az ajtaját, felnyithatja a csomagtartót, ha éppen felé tartunk, és netán tele van a kezünk. Több autógyártó cégnél van tervben az UWB felhasználása, nem kell csak az Apple Carra gondolni. ?

Lokátor

Folytassuk a még mindig meg nem jelent, de jó adag előzetes (talán unalomig hajszolt) pletykának örvendő, várható Apple termékkel, az AirTagekkel. Erről már írtunk korábban, de röviden: az U1-chippel ellátott AirTaget például egy kulcsra ráhelyezve, a telefonunk máris megmutatja az irányt és a távolságot, akár kiterjesztett valóság formájában, kiemelve annak helyzetét, ha épp nem találjuk, hová tettük a kulcsot a rendetlen szobában. De akár a táskába is beletehetjük, ha el szoktuk hagyni, vagy a leparkolt autónkba is, ha el szoktuk felejteni, hol is parkoltunk…

Már most lehet hallani teóriákról, hogy ha netán az utcán vesztenénk el az AirTag-gelt kulcscsomónkat vagy pénztárcánkat, az Apple biztonságos megoldást fog nyújtani a megtalálására. Annyit kell tennünk, hogy az elhagyott AirTaget elveszettként jelöljük meg az iCloudban, és ettől kezdve az utcán járó-kelő, U1-es kütyük tulajdonosai értesítést tudnak majd kapni arról, hogy “van egy közelben lévő, elveszett eszköz, jóváhagyod-e a pozíció anonim megosztását a tulajdonosa számára?” Természetesen semmilyen érzékeny információ nem derülne ki egyik fél számára se, sem a tulajdonosról, sem a megtalálóról, hiszen az információcsere titkosítva és a megbízható UWB-jeltovábbítással történne. Sőt, a megtalálónak nem is feltétlenül kell látnia, hogy melyik zugban rejtőzik az elveszett tárgy, elég ha a telefon észleli a jelet. (Rene Ritchie részletesen elmagyarázza.)

Vagyis az AirTag nem más mint, egy “high-tech kolomp” – hiszen ahogy a pásztort a birka nyakán lógó kolomp segíti megtalálni az elkószált állatot, az elveszett eszközünk “nyakában” lévő AirTag fogja majd nekünk megmutatni, hogy hol is hagytuk el… (Nem, ne képzeld el az AirTagekkel ellátott okos-nyájat… ??????)

Természetesen, nem csak az AirTagekkel működne így a dolog, hanem bármely U1 jeladóvevőt tartalmazó eszköz tudna kommunikálni az iPhone-unkkal. Ezért is várjuk különösen az újabb, U1 chippel ellátott Apple termékeket, így a pletykák szerint hamarosan megjelenő új AirPods-t és/vagy AirPods Pro-t.

Point to Control/Share

Tovább haladva az UWB okosotthonos lehetőségei felé, képzeljünk el egy bármilyen IoT-eszközt, amit már használunk az okosotthonunkban: például hőszabályzó, ventilátor, okoskonnektor, okos kávéfőző, egy okos villanykörte, vagy egyszerűen az okos TV – ha bármelyikben van U1 chip, akkor iPhone-unkkal “varázspálcás” (avagy régi TV-távirányítós) módszerrel az adott eszköz irányába mutatva lehetővé válik egyből előhívni az okoskütyü menüjét a telefonon, majd vezérelni, például feljebb csavarni a fűtést/lámpát, vagy elindítani a ventilátort/kávéfőzést, vagy megnyitni a kedvenc okostévés alkalmazásunkat. Tegyük hozzá, hogy elképzelhető az is, hogy a csuklónkon lévő U1-es óra segítségével akár kézmozdulatokkal is irányíthatjuk mindezeket. Itt visszautalok a Xiaomi UWB-bemutatójára, ahol “One Finger Connect”-nek (egy ujjas kapcsolódás) nevezi az okosotthon eszközöket kontrolláló felületet.

Láss csodát, a HomePod mini 14.4-es frissítésében is valami ilyesmi lehetett a cél, még ha egy kissé túl feltűnően is csinálja, hiszen a haptikus jelzések jól ránk tudnak ijeszteni akkor is, ha csak véletlenül járunk 30-40 cm távolságban a HomePod minitől… De az a funkció, hogy a bárhonnan elindított műsor a HomePod mini közelében megjelenik a saját telefonunkon, és a médialejátszóval máris szabályozni tudom, annak az előjele, hogy ilyesmire lehet számítani egy bármilyen másik, UWB-s HomeKit-eszköz esetében is, azaz: amikor rámutatunk, vagy a közelébe megyünk, felugrik a menüje, és máris tudjuk szabályozni.

Együttes térérzékelés, okosotthon

Idővel az is részévé válhat az okosotthonoknak (legalábbis jóval pontosabban és biztonságosabban, mint a jelenleg már létező GPS/Bluetooth alapú megvalósítások), hogy egyes eszközök számon tartják a pozíciónkat, és például automatikusan felkapcsolják a lámpát, ha bemegyünk a spájzba, pincébe, garázsba, vagy elindítják/leállítják a zenét egy adott szobába érkezve. Jelenleg ez mozgásérzékelőkkel oldható meg, amit az UWB-módszer fel tudna váltani. Nagyon izgalmas lehet abba belegondolni, és nem kizárt, hogy meg is valósul, hogy több HomePod mini bármilyen elhelyezésekor ezek a kis hangsugárzók, tudva egymás helyzetéről és az okosóránk által a mi pozíciónkról, aszerint állíthatják be a térhangzást, ahogy mi elhelyezkedünk ebben az atmoszférában…

Tim Cook nem titkolja, hogy nagy jövőt lát a virtuális, de méginkább a kiterjesztett valóság mindennapi felhasználásában – ahogy egyre több pletyka kering az Apple új VR-headsetjéről, még későbbi várható dátummal pedig az AR-alapú okosszemüvegről. Szerintem könnyen kitalálható, hogy ezek működési pontosságát is jócskán támogatni tudja az ultraszélessávú kommunikáció, így elég valószínű, hogy a VR-headset és a szemüveg is fel lesz szerelve U1-chippel.

Beltéri navigáció

Az otthoni példák mellett akár egy reptéren, plázában, múzeumban, könyvtárban, bevásárló központban, vagy (a pandémia után) egy óriási rendezvényen való navigálásra is fel lehetne használni az UWB technológiára épülő applikációkat. Ha letöltjük a helyszín (reptér/pláza/múzeum/könyvtár/áruház/rendezvény) alkalmazását, az épületben elhelyezett UWB-s jeladóvevők pontos navigációt tennének lehetővé a telefonunkon megjelenő minitérképen (vagy AR-ben) nyilakkal mutatva, hogy merre haladjunk tovább. Látássérültek számára ugyanez az alkalmazás mintegy “digitális fehérbot”-ként is tudna szolgálni.

Egy kicsit személyesebb célú felhasználási lehetőség lesz majd (szintén a járványidőszak elmúltával) egy nagykoncerten, fesztiválon, focimeccsen megtalálni a barátunkat – vagy egy akármilyen nagyobb térben egy ismerőst, netán az elkószált kíváncsi gyermekünket… De gondolhatunk egy multi-user AR-térre is, amivel az VR/AR-játékok új értelmet nyerhetnek.

Sport, egészségügy

Sportolók, edzők számára is létezik már a mozgást, haladást figyelő, UWB-alapú alkalmazás, ahogy a sportközvetítésekről már esett szó – jó eséllyel a legtöbb sportágban egyre szélesebb körű felhasználásra kerülhet a technológia. Ehhez hasonlóan a filmiparban is lehet szerepe például a mozgásleképezésben. De egészségügyi/fitnesz célokat is szolgálhat, ha az egészségügyi kiegészítők és az Apple Watch lehetőségeire gondolunk.

Valójában évek óta használják egészségügyi célokra az ultraszélessávú hullámhosszokat, például távolról szívdobogás figyelésre, vagy testre csatolt orvosi mérőeszközök adatainak valós idejű jeltovábbítására egy központi egységre, ami elemzi a test állapotát (UWB for secure smart society, 2014!) – de ezek a módszerek jóval költséghatékonyabbak lehetnek a jövőben, ha az UWB felhasználása jobban elterjed.

Mi más juthat még eszünkbe? Írjátok meg, ha vannak további ötleteitek!

Az UWB technológia különféle felhasználásai.
1. Parkolóban autó megtalálása, itt autóbérlés kapcsán;
2. és 3. biztonságos ajtónyitás autó közelében;
4. lakásajtó közelében zár feloldás;
5. navigáció az ismerősünkhöz, aki a közelben van valahol;
6. kiállított tárgy közelében felugró információk a telefonunkon;
7. bolti termék vagy múzeumbéli tárgyhoz vezető beltéri navigáció;
8. szívdobogás monitorozó UWB adóvevő,
9. és 10. szobában elveszett tárgy megtalálása,
11. raktárbéli dolgozók, targoncák mozgásának realtime monitorozása.
(A képek többsége az NXP honlapján található videókból származik, valamint a NICT videójából.)

Na és mikor?

Ha ez mind megvalósulna, és közben a kiterjesztett valóság alapú alkalmazások is fejlődnének, teljesen másként gondolnánk a telefonra. De mikorra várható mindez? Először is az kell, hogy jobban elterjedjenek az UWB-t támogató chipek. Ehhez már nem csak az Apple, hanem az Android-világ is megtette a kezdőlépéseit – és nem csak a telefoniparban indultak el a fejlesztések.

A Samsungnál már kapható a még csak Bluetooth-alapú SmartTags, és az UWB-alapú SmartTags+ is bejelentésre került ($40/db, $65/2 db áron). A Xiaomi sem titkolja az okosotthon-fejlesztési céljait (vö. az említett bemutató videót). A telefongyártókon kívül egyre több autógyártó szintén elkezdte az UWB bevezetését, és talán az okosotthon eszközök gyártói is tervezik, ám erről még nem hallottam konkrétumokat (kivéve a HomePod minit).

Az Apple AirTag és a Samsung Galaxy SmartTags+ megjelenése idén várható – amelyekkel a lokátor és navigáció funkciókról azt gondolhatjuk, hogy a közeljövőben válnak elérhetővé. Az első UWB-alapú, digitális kulccsal nyitható autó is jó eséllyel 2021-ben fog debütálni, amivel egyidőben a lakás ajtók új technológiás okos zárjai is várhatóan megjelennek. További UWB-s okosotthon eszközök és haladóbb alkalmazások tekintetében pedig csak reménykedhetünk, hogy mihamarább napvilágot látnak. És nem utolsó sorban, mi leendő felhasználók reménykedjünk, hogy az Apple és Android ökoszisztémák legalább az elveszett dolgaink megtalálása tekintetében képesek lesznek az együttműködésre.

Itt ácsorog a küszöbön az ultraszélessávú technológia, noha még csak gyerekcipőben, a nem-prémium kategóriás megvalósítások és a ráépülő alkalmazások hiányában. Egy okos zár már biztosan kinyílt volna neki.

Te mennyire vagy nyitott arra, hogy befogadd otthonodba az ultraszélessávú technológiát?

Összegzés

Az ultraszélessávú hullámhosszon alapuló technológia tökéletesítésén már az elmúlt két évtizedben is számos kutató és fejlesztő csoport dolgozott, akik már akkor látták a benne rejlő innovációs lehetőségeket, és nem adták fel a munkálkodást a körülményes megvalósítások ellenére sem. Az ipari, katonai, speciális orvosi és egyéb alkalmazások után 2019. őszére vált olyan hatékonnyá a technológia, hogy az beépíthető legyen bármely hétköznapi mobil vagy otthoni eszközbe is, még ha ez jelenleg csak a prémium termékeket jelenti.

Az Apple is jó érzékkel és időzítéssel (elsőként) helyezte el ezt az UWB-chipjét az iPhone-jaiba, noha az elmúlt másfél évben – mondjuk ki – szinte semmi hasznát, se célját nem láttuk mi felhasználók ennek, de legalább az iPhone 11 tulajdonosok is tudják majd használni az U1-alapú appokat, ha egyszer lesznek.

2020 őszén pedig ismét jól időzített az Apple az U1-chippel felszerelt HomePod mini piacra dobásával, noha a jövőbe mutató UWB-kommunikációs képességét most még mindig nem tudjuk kellően értékelni, de a járványidőszak miatt sok időt otthonunkban töltve egy nagyon kedves, kellemes hangú eszközt tehetünk az asztalunkra. Adjuk hozzá, hogy a HomePod mini az Apple HomeKit-kompatibilis okosotthon eszközök központjaként is funkcionál, valamint ne feledjük a szintén beleépített, jövőbiztos Thread technológiára való képességét, és akkor talán van egy sejtésünk, hogy az Apple-nek elég komoly tervei lehetnek a jövő okosotthonai számára.

Az biztos, hogy most még csak vizionálni tudunk az UWB hétköznapi felhasználásáról, hiszen még viszonylag kevés ilyen eszköz került a piacra, és még annál is kevesebb alkalmazás. Nagyon reméljük, hogy az AirTag hamarosan, talán már március 16-án tényleg debütál, ami megindítaná ennek a folyamatnak a felgyorsítását. Emellett a Samsung SmartTags+ is egy jó előjele annak, hogy az Android ökoszisztéma konkurenciája tovább fogja élénkíteni a technológia kibontakozását.

Te is várod már az újabb U1-es funkciók megjelenését?