Il modulo ToF (Time of Flight, tempo di volo) ADTF3175 di Analog Devices utilizzato nel sistema “Tempo Studio”, la prima palestra domestica con personal trainer incorporato guidata dall’intelligenza artificiale di Tempo, innovativa azienda del settore fitness.
La tecnologia, l’innovazione, la domanda dei consumatori e il vuoto del mercato hanno generato una domanda significativa e un’opportunità per le palestre domestiche, progettate per aiutare le persone a mantenersi sane ed eliminare i chili di troppo. Tuttavia, poiché gli esseri umani sono creature sociali, in molti casi cercano ancora l’interazione individuale e desiderano ricevere allenamenti personalizzati e motivazione diretta.
Tempo, azienda innovativa del settore fitness, riconosciuto la necessità di un allenamento e di una guida personalizzati, ha sviluppato Tempo Studio, la prima palestra domestica con personal trainer incorporato. Il sistema di allenamento completo richiedeva una tecnologia di riconoscimento della profondità 3D di tipo tempo di volo (‘Time of Flight’, ToF) in grado di misurare la posizione di un soggetto e seguirne i rapidi movimenti. Per vincere la sfida, Tempo ha collaborato con scienziati del fitness, medici fisiologi e personal trainer certificati per fornire una guida personale basata su AI, feedback in tempo reale, piani e programmi di allenamento personalizzati.
In particolare, Tempo ha collaborato con Analog Devices (ADI) per garantire un migliore tracciamento della posizione del soggetto tramite la tecnologia ToF ad alta risoluzione con rilevamento della profondità da 1 megapixel di ADI. La soluzione ad alta precisione e bassa latenza consente un feedback migliore, per un allenamento più efficace per gli appassionati di fitness nel mondo.
L’opportunità
L’ingresso di Tempo nel settore del fitness è iniziato con sistemi di allenamento personalizzati nelle palestre, seguiti da prodotti per uso domestico. Dopo essersi costruita una reputazione tra i professionisti della salute e gli atleti, come la leggenda dello sci Lyndsey Vonn, Tempo ha stretto una collaborazione con Microsoft, per sfruttare la piattaforma della telecamera Kinect di questo gigante della tecnologia.
Kinect di Microsoft è una telecamera RGB completa, in grado di rilevare il movimento e misurare la profondità, utilizzando proiettori e rilevatori a infrarossi ToF. Tuttavia, Kinect non è stata progettata per la produzione di grandi volumi o per essere integrata come telecamera di profondità in altri sistemi. Era necessario un nuovo design ottimizzato, con un’efficiente capacità di integrazione nei sistemi.
“Microsoft ha concesso che la tecnologia di base del Time of Flight di ADI contribuisse alla proliferazione del rilevamento di immagini 3D oltre le possibilità della piattaforma Kinect“, ha dichiarato Tony Zarola, Senior Director per l’Enhanced Imaging and Interpretation di ADI. Microsoft voleva creare un maggior numero di telecamere 3D, che potessero sfruttare i suoi servizi cloud Azure, e quindi incrementare il business.
Tempo ha abbandonato Kinect per sviluppare una propria soluzione di fitness di nuova generazione e ha realizzato una telecamera 3D basata sulla tecnologia ToF di ADI, caratterizzata da un rilevamento di profondità ad alta risoluzione da 1 megapixel.
Dal 2019, ADI ha supportato Tempo direttamente in fabbrica, apportando competenze specialistiche e tecniche. Inizialmente Tempo aveva previsto di costruire un proprio modulo ToF, tuttavia, dopo aver collaborato con il team ToF di ADI, l’azienda ha deciso di utilizzare il modulo ToF ADTF3175, vincitore del CES Innovation Award 2023, per miniaturizzare l’intero sistema e ridurre la complessità, la potenza assorbita e le dimensioni, pur mantenendo le prestazioni di Kinect.
“Siamo grati per l’esperienza tecnica e il supporto offerto da ADI durante il processo di sviluppo del prodotto” ha dichiarato Kailash Hiremath, vicepresidente della divisione hardware di Tempo “La tecnologia di ADI ci consentirà di immettere sul mercato la prossima generazione di Tempo 3D Vision e offrire ai nostri clienti un’esperienza di fitness leader nel mercato.”
La soluzione di allenamento fitness personalizzato di Tempo doveva essere in grado di tracciare e distinguere questi elementi essenziali:
- distanza dell’attrezzatura e dell’individuo dalla telecamera ToF
- posizione precisa e movimento rapido della persona che si sta allenando (braccia, gambe, busto, testa)
- posizione precisa e movimento rapido dell’attrezzatura per il fitness
La determinazione della distanza era il primo punto da affrontare.
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L’AZIENDA SFIDA APPLICAZIONI OBIETTIVO
I “pesi intelligenti” e il soggetto vengono tracciati da Tempo Vision 3D in una scena di allenamento. L’AI e un sensore 3D rilevano la forma fisica e forniscono un feedback durante l’allenamento. |
Time of Flight 101: misura della distanza
Una telecamera ToF misura la distanza facendo riflettere un fascio luminoso su un oggetto e riportandolo a un sensore. La telecamera ToF misura quindi il ritardo tra l’emissione della luce e il momento in cui il sensore riceve la luce riflessa. Il processo è simile a quello degli ultrasuoni, che utilizzano il suono per misurare la distanza, e al radar, che impiega le onde radio. Le telecamere ToF possono generare mappe di profondità ad alta risoluzione, con livelli di accuratezza di profondità e risoluzioni spaziali simili a quelle delle telecamere RGB. Anche se il radar ha una portata maggiore, il ToF è più preciso e ha una risoluzione più elevata.
Rilevamento del Time of Flight rapido, accurato e dettagliato
Tempo richiedeva un’elevata precisione nella misurazione della distanza e la capacità di generare rapidamente informazioni sufficientemente dettagliate per identificare una barra larga pochi centimetri, in movimento per la maggior parte del tempo, e sapere con precisione dove si trovasse in tempo reale. La tecnologia ToF 3D di ADI ha soddisfatto questa esigenza grazie all’alta risoluzione, alla bassa latenza, all’elevato frame rate, all’ampio campo visivo e alla profondità estesa.
- Alta Risoluzione
Il chip di imaging CMOS di ADI genera la risoluzione ineguagliabile di un milione di pixel in una scena di allenamento. Il risultato sono bordi nitidi, chiarezza tra i diversi elementi e maggiori informazioni sulla profondità per determinare, ad esempio, dove si trova il bilanciere e dove sono le mani del soggetto rispetto ad altre parti del corpo. Questo livello di dettaglio permette al trainer AI di determinare se il soggetto esegue correttamente gli esercizi.
- Elaborazione della Profondità
Esistono due modi per creare profondità in una scena. Il primo è l’utilizzo di software. Il secondo è attraverso il campionamento. Tempo ha inizialmente affrontato il compito utilizzando il primo metodo, ma ha scoperto che la potenza, la bassa latenza e l’elevata frequenza dei fotogrammi erano compromessi dall’esecuzione del calcolo della profondità nel software. In seguito ha sfruttato la nuova tecnologia di ADI per il calcolo della profondità tramite campionamento su chip. Il componente ADSD3500 riduce significativamente la potenza assorbita dal sistema e consente ai clienti di ottenere una bassa latenza e un elevato frame rate. - Telecamera 3D
Le telecamere CMOS ToF 3D a onda continua (Continuous Wave, CW) di ADI offrono le soluzioni più performanti sul mercato, fornendo le informazioni di profondità più affidabili e precise, anche in spazi ampi con superfici altamente riflettenti e oggetti in movimento. - Frame Rate Elevato
La tecnologia ToF è in grado di raggiungere 40 fotogrammi al secondo. Questo elevato frame rate è in linea con la capacità di Tempo e aiuta a eliminare la sfocatura e a individuare la posizione dei vari elementi mentre gli utenti si muovono nella scena.
Perché il Time of Flight 3D ad alte prestazioni è fondamentale
Con un sistema ToF meno potente, con una risoluzione e un frame rate inferiori, potrebbe non essere possibile vedere la barra degli esercizi o la sua posizione, a causa della sua velocità di movimento. Anche la distanza dalla telecamera può essere un problema, poiché alcuni sistemi hanno un raggio d’azione limitato.
Una palestra domestica più intelligente
3D Tempo Vision è un dispositivo hardware, software e di streaming di contenuti che racchiude un coinvolgente display touchscreen HD da 42″, con pesi e attrezzature di qualità superiore, il tutto in un design premiato e una struttura indipendente.
Con Tempo, la forma fisica dell’utente viene tracciata e analizzata da allenatori virtuali integrati che possono vedere i movimenti e aiutarlo a regolarli in tempo reale. L’intelligenza artificiale di Tempo impara a conoscere il corpo e gli obiettivi, offre consigli personalizzati sui pesi e fornisce indicazioni e suggerimenti per accelerare i progressi. È l’unica palestra intelligente con allenamento potenziato dall’AI integrato in ogni lezione.
“Tempo è il primo e unico sistema di fitness domestico in grado di tracciare i movimenti, contare le ripetizioni e migliorare la forma fisica. Grazie ai sensori 3D e all’AI, Tempo vi guida e vi offre un feedback personalizzato, garantendovi un allenamento più ricco, efficace e sicuro“, ha dichiarato Kailash Hiremath. “Stiamo portando un altro senso umano: la visione! La strada verso la salute è quella individuale e l’aspetto esenziale dei nostri prodotti è il feedback personalizzato“. Conclude Hiremath.
Industrie che avanzano
Così come è accaduto con la macchina a vapore del XIX secolo, che ha catalizzato la rivoluzione industriale, il TOF e l’AI stanno facendo progredire e ridefinendo molte industrie del mondo.
Dalla navigazione per la produzione autonoma alla visione industriale per il controllo qualità, l’industria manifatturiera sta adottando le tecnologie di rilevamento ToF. Stanno anche diventando una parte essenziale dell’elettronica di consumo, dalle cuffie per la realtà aumentata (Augmented Reality, AR) e la realtà virtuale (Virtual Reality, VR) agli smartphone con funzioni fotografiche e di sicurezza avanzate. Sono già in fase di progettazione sistemi automobilistici ToF che monitoreranno la posizione e lo stato di tutte le persone presenti nel veicolo e consentiranno ai guidatori di regolare il climatizzatore con un semplice gesto della mano. Le applicazioni ToF salvavita sono già presenti nell’ambito della sanità, risparmiando vite e garantendo la salute, con il monitoraggio a distanza della respirazione dei neonati e il distanziamento sociale negli ospedali e nelle cliniche.
ADI, leader nell’innovazione ToF e AI, offre alle aziende visionarie come Tempo le telecamere ToF 3D più performanti con immagini CMOS da 1 megapixel di risoluzione, calcolo ed elaborazione della profondità basati su software e hardware, driver laser e gestione dell’alimentazione. ADI fornisce anche strumenti e kit per la piattaforma ToF 3D per lo sviluppo e la prototipazione di software e algoritmi (EVAL-ADTF3175D-NXZ), consentendo una valutazione e un’implementazione più rapide.
