Por que a chave remota do carro ganha mais alcance quando encostada na cabeça

 (physics.stackexchange.com)
2 pontos por GN⁺ 2024-01-10 | 1 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • O fenômeno em que a chave remota do carro volta a funcionar no limite do alcance ao ser encostada na cabeça ou no peito envolve uma combinação de acoplamento entre o corpo humano e o sinal de RF, mudança na orientação da antena e efeitos de altura e reflexão
  • A explicação física mais comum é que o corpo humano tem certa condutividade, acopla-se capacitivamente a sinais em torno de 315MHz e a cabeça ou o tórax podem alterar o padrão de radiação do sinal
  • Em uma medição simples feita com um Volkswagen GTI 2009, foram comparadas 6 posições, 2 orientações e 3 cliques em cada caso; a posição plana contra a têmpora foi a que funcionou melhor
  • Outra explicação sugere que a pequena antena de loop do controle se acopla magneticamente a um loop corporal maior formado por braço, ombro e cabeça, podendo melhorar o desempenho em 2 a 3 vezes
  • Não dá para afirmar categoricamente que a cabeça sempre funciona como um “amplificador”, e medições com variáveis controladas seriam necessárias para saber se há melhora real ou apenas mudança no padrão de radiação

Fenômeno observado no limite do alcance

  • A pessoa que fez a pergunta relatou que, quando a chave remota do carro estava fora do alcance de funcionamento, o carro abriu ao encostar o transmissor ao lado da cabeça
  • Ao repetir o teste de forma simples no mesmo dia, obteve o seguinte:
    • Afastou-se do carro até o ponto em que o controle deixava de funcionar
    • Ao encostar o controle ao lado da cabeça, ele funcionava
    • Ao encostá-lo no peito, também funcionava
    • Ao encostá-lo na perna, não funcionava
  • Também foi verificada a possibilidade de ser apenas um efeito de altura, mas ao apenas erguer o controle até a altura da cabeça ou do peito, sem encostá-lo no corpo, ele continuava fora de alcance
  • O vídeo de demonstração do Top Gear também é citado como exemplo do mesmo fenômeno

Acoplamento com o corpo humano e possibilidade de ressonância

  • O corpo humano tem certa condutividade, como água salgada, então pode se acoplar capacitivamente a uma fonte de RF
  • Sistemas de entrada remota sem chave normalmente usam frequência de RF de 315MHz, cujo comprimento de onda é de cerca de 1m
    • Uma antena eficiente pode ter aproximadamente λ/2, ou seja, cerca de 0,5m de comprimento
  • Nessa perspectiva, partes do corpo como a cabeça ou o tórax podem atuar como uma espécie de cavidade ressonante para o sinal de RF do controle
    • Aqui, “cavidade” não significa apenas espaço vazio, mas uma região em que ondas eletromagnéticas são parcialmente refletidas nas fronteiras
    • A região ocupada pelo cérebro também poderia satisfazer essas condições
  • Houve também uma analogia com o espaço oco de um violão que amplifica o som das cordas, mas depois foi corrigido que instrumentos de corda podem soar alto mesmo sem cavidade de ressonância, apenas com a caixa de ressonância, então a comparação pode ser um pouco enganosa

Medição direta feita com um Volkswagen GTI

  • A mesma resposta também mediu a reação do controle em várias posturas e orientações
  • Condições do experimento:
    • O veículo era um Volkswagen GTI 2009
    • O controle foi testado em 6 posições e em 2 orientações em cada uma
    • Em cada posição e orientação, foram feitos 3 cliques e registrado o número de respostas do carro
    • Havia poucas estruturas grandes ao redor, mas existia um tubo de vácuo de aço inox cercado por concreto do Interferômetro LIGO Livingston, estendendo-se por vários km em paralelo ao eixo de medição
  • Posições e orientações testadas:
    • Parte inferior da perna: apontado para o carro ou para o céu
    • Braço estendido para a direita em altura média: apontado para o carro ou para o céu
    • Posição alta acima da cabeça: apontado para o carro ou para o céu
    • Queixo: apontado para o queixo ou encostado de forma plana no queixo
    • Têmpora: apontado para a têmpora ou encostado de forma plana na têmpora
    • Centro do peito: apontado para o peito ou encostado de forma plana no peito com o controle voltado para cima
  • Resultados da medição:
    • O controle tendia a funcionar melhor quando encostado na cabeça
    • A melhora não foi tão grande quanto se poderia esperar com base em buscas comuns sobre o tema
    • A melhor posição foi colocar o controle plano contra a têmpora
    • Quando não estava encostado na cabeça, apontar para o carro funcionava melhor do que apontar para cima
    • A altura em que o controle era segurado não pareceu ter grande influência
    • Encostar no peito foi pior do que segurar com o braço estendido

Explicação por antena de loop e loop corporal

  • A pequena antena de loop dentro da chave remota pode ter baixa eficiência por limitações de tamanho
    • O controle precisa caber no bolso, então é projetado deliberadamente para ser pequeno
    • Há a explicação de que a antena de loop interna transmite menos de 10% da energia aplicada e o restante vira calor
  • Ao encostar o controle na cabeça, braço, ombro e cabeça formariam uma antena de loop corporal maior, que poderia ser quase 100 vezes mais eficiente que a antena interna do controle
  • O pequeno loop e o grande loop corporal se acoplam magneticamente como em um transformador
    • O acoplamento não é forte, mas a antena combinada pode ficar cerca de 2 a 3 vezes melhor do que o controle sozinho, aumentando perceptivelmente o alcance
  • Nos comentários, também foi incluído um teste rápido com um controle da Toyota, um medidor de potência de RF Keithley e uma antena de 1/4 de comprimento de onda a 1,3m de distância
    • Sem loop corporal: -59 dBm
    • Com loop corporal: -55 dBm
    • Isso representa cerca de 2,5 vezes mais potência e aproximadamente 1,5 vez mais alcance
  • Essa explicação também recebeu a objeção de que o corpo humano é menos condutivo que o cobre e tem mais perdas, então seriam necessários dados que sustentem a alegação de eficiência

Variáveis de orientação, altura e desenho experimental

  • Orientação do controle

    • Há a explicação de que a antena interna do controle é uma antena de loop quase circular sobre a placa, e o sinal fica mais forte quando a parte superior ou inferior do controle aponta para o receptor
    • A postura de apontar para a frente, como um controle remoto de TV, pode girar o dispositivo em 90 graus e colocá-lo em uma direção mais fraca
    • Encostá-lo no queixo pode melhorar o funcionamento por mudar sua orientação

  • Altura da antena e multipercurso

    • No modelo de multipercurso com reflexão em plano, a potência recebida é proporcional a (h1 h2 / R^2)^2
      • h1 e h2 são as alturas das antenas transmissora e receptora, e R é a distância
    • Nesse modelo, a altura da antena pode fazer grande diferença na qualidade da recepção
    • Em alturas baixas há mais espalhamento por objetos ao redor, mas isso não está refletido na equação

  • Frequência e influência do corpo humano

    • Nas frequências típicas desses controles, quase não há perda por absorção, e em 450MHz o comprimento de onda é de cerca de 66cm
    • Antenas pequenas podem sofrer detuning quando ficam perto de refletores ou objetos metálicos com tamanho na ordem de um comprimento de onda
    • O corpo humano é majoritariamente água salgada, portanto não é um bom radiador nem refletor, mas a cabeça é vista como um dielétrico consideravelmente melhor do que o restante do corpo

  • Possibilidade de viés de seleção

    • O método de “encostar na cabeça apenas quando não funciona e observar quando dá certo” pode criar viés de seleção
    • Colocar o controle perto da cabeça ou de outro objeto condutivo pode alterar significativamente sua radiação eletromagnética
    • Ainda assim, é preciso verificar separadamente se essa mudança é melhor ou apenas diferente
    • Seria necessário um teste inverso: encontrar um ponto em que também falhe quando encostado na cabeça e então comparar com o uso normal
    • O caso da Remcom é apresentado como uma tentativa de refutar o fenômeno, mas que acabou mostrando por que ele funciona
    • Link: https://www.remcom.com/examples/keyless-entry.html

Leituras relacionadas

1 comentários

 
GN⁺ 2024-01-10
Opiniões no Hacker News

  • A explicação mais plausível é que o transmissor e a antena do controle remoto da chave são ajustados para emitir o sinal máximo quando estão perto do corpo, porque esse é o modo real de uso
    Se você testar o controle afastado do corpo, pode até acabar desajustando a sintonia. É possível que na fábrica ele também tenha sido ajustado em condições com um “corpo manequim” a uma certa distância
    Rádios comunicadores são parecidos: quando segurados na mão, o corpo compensa o plano de terra ausente, então a antena precisa ser ajustada nesse estado. Se você ajustar para 1:1 com uma antena sobre um plano de terra, cabo coaxial, medidor de SWR e transmissor, e depois aproximar a mão da antena, no momento em que a mão entra a algo como um comprimento de onda de distância, o desajuste aparece imediatamente no medidor

    • Isso me lembrou um projeto de faculdade em que fazíamos uma antena guia de onda WiFi com lata de Pringles. A maioria seguiu o tutorial, mas eu enrolei uma chapa de rufo de telhado em forma de cilindro para acertar o comprimento e o raio, e ainda fiz uma alça com barra chata de alumínio e um bastão redondo de madeira
      O desempenho era bom, mas também tinha a maior variação; quando eu segurava apenas a alça de madeira, não tocava no metal, mas, ao apoiar o polegar na parte de alumínio, a relação sinal-ruído melhorava na hora. O instrutor explicou que, em altas frequências, a capacitância do corpo funciona quase como um curto, então tocar na carcaça melhora a qualidade do aterramento
    • Não necessariamente. A antena é ajustada para a potência máxima irradiada permitida pelas regulamentações locais, e as diferenças entre as regras da UE, dos EUA e do Japão são grandes
      Os testes de certificação não incluem a condição de uma pessoa segurando com a mão, porque isso é imprevisível demais e varia muito de indivíduo para indivíduo. Por isso, o teste é feito em ambiente controlado, apenas com a antena receptora e o controle remoto posicionados conforme a norma
      Colocar o controle remoto ao lado de uma garrafa de água produz um efeito parecido. Anos atrás, quando perguntei a um engenheiro de RF sobre isso, ele me passou artigos revisados por pares relacionados, mas a teoria de RF/antenas era profunda demais e difícil de entender
    • Antes de tudo, não entendo em que sentido isso seria mais plausível. Nos comentários do Stack Exchange há pelo menos três teorias, e esta explicação parece bastante conclusiva: https://www.remcom.com/examples/keyless-entry.html
    • As condições comparadas são “controle remoto na mão” e “controle remoto na mão encostado na cabeça”. Ambas já satisfazem a condição de estar perto do corpo, então a explicação da sintonia, por si só, não explica a diferença específica da pergunta
    • Mais simples ainda: sintonize um rádio FM e aproxime a mão da antena. Dependendo da posição da mão e da distância até a antena, o som melhora ou piora

  • Quando eu era criança, havia uma TV cuja imagem melhorava visivelmente quando eu tocava na antena, e eu tinha acabado de ouvir que humanos são compostos em sua maior parte por água. Então coloquei um copo d’água em cima da TV, perto da antena, e a imagem ficou limpa na hora
    Infelizmente, depois desse episódio, virei o responsável pelo suporte de TI da família

  • A resposta com vários experimentos foi feita com um GTI 2009, e isso me lembrou meu primeiro carro, um Jetta da geração anterior. O manual tinha uma ilustração simpática mostrando todo o alcance esperado do controle remoto
    https://imgur.com/a/1Pdfyg4
    Parece que eles realmente queriam prometer que ele só funcionaria a cerca de um braço de distância do carro. Na prática, não era tão ruim assim, mas também não era muito melhor

    • Alcance curto de operação não é necessariamente ruim. Nos carros atuais, se o controle da chave estiver dentro do alcance, as portas destravam automaticamente quando alguém tenta abri-las; então, se o alcance for longo, alguém poderia abrir o carro mesmo quando ele estivesse fora do seu campo de visão
      Não sei se isso usa o mesmo alcance de quando se aperta o botão, mas já li sobre um ataque em que ladrões usam transmissores para aumentar o alcance tanto do carro quanto do controle da chave, abrindo o carro quando o dono está fora de vista. Quanto maior o alcance, mais fácil fica esse tipo de ataque
    • O GTI 2001 também era parecido: funcionava de forma confiável a cerca de 25 pés do carro. Já o controle remoto da minha F150 2017 funciona a 150–200 pés, o que é ótimo, especialmente no inverno, para deixá-la aquecendo com a partida remota
    • Meu primeiro pensamento foi: “será que, no desenho, o carro está em escala ou o controle remoto está em escala?”
    • Em relação ao para-choque dianteiro é um braço de distância, mas em relação à porta dianteira dá algo como 1 ou 2 comprimentos de carro

  • Ao rastrear fiação com um gerador de tom e brincar um pouco, eu costumava encostar a haste detectora na cabeça, molhar a ponta do dedo com saliva e passar o dedo pelos contatos de um bloco 66 até ouvir o som do gerador de tom
    0 - É uma ferramenta de solução de problemas e identificação de cabos: um gerador a bateria produz um som trêmulo característico, e um detector indutivo com alto-falante permite ouvir esse som perto do par de fios correto. Geralmente é algo assim: https://www.grainger.com/product/EXTECH-Tone-and-Probe-Kit-4...
    1 - É um bloco de terminais de fiação comumente usado em sistemas telefônicos: https://en.wikipedia.org/wiki/66_block

    • Esses testadores de tom são muito divertidos para brincar. Se você tiver 15 dólares sobrando, recomendo muito comprar um modelo barato e sair andando pela casa
      Há uma sensação de descoberta em detectar com os próprios ouvidos um mundo de radiação eletromagnética que normalmente é invisível

  • Esse efeito funciona 100%. Já fiz várias vezes, em vários carros, ao longo de 20 anos
    O melhor é encostar a parte plana do controle remoto no queixo

    • É muito engraçado quando as pessoas não acreditam. À primeira vista, parece uma pegadinha óbvia do tipo “otário fácil de enganar”
    • Esse truque me poupou incontáveis minutos procurando o carro em estacionamentos

  • Tenho dificuldade em aceitar a teoria da ressonância; em vez disso, parece que você, esse grande saco de água salgada, atua como um plano de terra capacitivo para a antena
    É parecido com o que acontece ao instalar antenas de rádio amador ou CB em um carro: mesmo que o metal da carroceria não esteja em contato direto com a terra de verdade, ele funciona como um plano de terra capacitivo. Também lembra o uso de uma antena vertical com radiais de aterramento dispostos em estrela sobre o solo

    • Nesse caso, não deveria bastar apenas segurá-lo com a mão sem luvas?

  • A Keysight Labs testou isso alguns anos atrás: https://www.youtube.com/watch?v=AjYyjQKW-pU

    • É um material bem bom. Os dados (https://youtu.be/AjYyjQKW-pU?t=198) batem com a minha experiência: dependendo de quem segura o controle e de como segura, a diferença passa de ±6 dB
      Testes de alcance não têm boa reprodutibilidade; se você vai começar a se preocupar com reprodutibilidade, sem uma câmara é melhor montar um teste externo básico a 3 m. A maior parte do efeito de “encostar no queixo” é mais ou menos só “tente segurar de outro jeito”
    • Eu não esperava que a sucessora da divisão de testes e medições da HP fosse postar um conteúdo de YouTube tão leve assim, mas acabei vendo isso acontecer

  • Usei esse truque quando trabalhava tirando fotos de carros usados. Eu recebia de 10 a 20 chaves com controle remoto e precisava andar por uma área grande, com mais de 300 carros, tirando fotos
    Encostar o controle no queixo era o truque para encontrar o carro certo — claro, partindo do pressuposto de que a bateria não estava morta. Até hoje uso esse método para encontrar meu carro quando estaciono em um lugar desconhecido

    • Trabalhei há cerca de 18 anos na Copart Auto Auctions como funcionário responsável por imagens. Meu trabalho era mais colocar as fotos no site e pedir novas fotos quando não estavam dentro do padrão ou quando, por ser um leilão de seguradoras, aparecia sangue, mas sei muito bem como era essa situação
      Era um trabalho interessante, mas mal pago

  • Vi esse título e hoje tentei encostar o controle remoto da chave na cabeça para trancar o carro, mas não funcionou, então tive que andar para mais perto. Pelo menos forneci um ponto de dados, e talvez eu tenha feito algo errado

    • Uso esse truque há muito tempo. Funcionava bem quando eu tentava confirmar, de longe no estacionamento, se o carro estava trancado, e para mim era bastante confiável
    • “Funciona no meu crânio”
      Normalmente uso pressionando firmemente contra o queixo, e já confirmei várias vezes um alcance maior. Também foi assim quando, alguns anos atrás, por curiosidade, testei explicitamente com alguns controles. Vale tentar pressionar com mais força ou girar o controle
    • Talvez seja um dos raros casos em que “você está segurando errado” é um conselho válido
    • Uso isso há muito tempo em vários carros desde que vi o Clarkson fazendo no Top Gear. Até hoje as pessoas se surpreendem quando mostro que dá um alcance adicional considerável
      Em um Nissan Qashqai 2008, o melhor caso foi algo como metade de um campo de futebol

  • Funciona mesmo sem ser na cabeça, se você segurar perto do tronco
    Costumo brincar com meus amigos dizendo que só funciona se abrir a boca e colocar a língua para fora como uma antena parabólica
    Como também funciona ao lado do tronco, eu pensava que era algo como refletir metade da emissão de rádio na direção do veículo, dobrando o sinal. Parecido com segurar uma lanterna de acampamento omnidirecional perto do corpo e aumentar a luz em uma direção específica

    • Eu também pensei isso no começo, mas nos testes do texto original o alcance só aumentou quando encostado na cabeça
    • É só usar a água do corpo como antena
      Dá para obter o mesmo efeito encostando o controle remoto do carro em uma garrafa de água. Você verá que a garrafa de água aumenta o alcance mais ou menos tanto quanto a cabeça
    • Eu sempre fazia isso colocando a chave atrás da cabeça e, ao experimentar, confirmei que o alcance aumentava
      Eu tinha certeza de que a cabeça iria absorver o sinal, mas na prática claramente houve alcance adicional