Avançando o Transporte Seguro na Neblina: Laboratório Sandia Testa Sensores para Veículos Autônomos

Drones autônomos e táxis autônomos que podem operar com segurança na neblina podem soar futuristas, mas nova pesquisa na instalação de neblina dos Laboratórios Nacionais Sandia está trazendo o futuro para mais perto.

A neblina pode tornar vias navegáveis, aéreas e terrestres perigosas quando se torna difícil para pessoas e sensores detectarem objetos. Pesquisadores na instalação de neblina da Sandia estão abordando esse desafio através de nova pesquisa óptica em imagem computacional e em parceria com pesquisadores da NASA trabalhando em Mobilidade Aérea Avançada, Teledyne FLIR e outros para testar sensores em neblina personalizada que pode ser medida e reproduzida repetidamente sob demanda.

A câmara de neblina

Construída em 2014, a câmara de neblina da Sandia tem 55 metros de comprimento, 3 metros de altura e 3 metros de largura. A câmara é revestida com folhas plásticas para reter a neblina. Quando a equipe inicia um teste, 64 bicos assobiam enquanto pulverizam uma mistura personalizada de água e sal. Conforme a pulverização se espalha, a umidade aumenta e uma neblina densa se forma. Logo, um observador dentro não consegue ver as paredes, teto ou entrada através do aerossol e pessoas e objetos a poucos metros de distância ficam obscurecidos ou completamente ocultos.

Os pesquisadores da Sandia medem cuidadosamente as propriedades da neblina ao longo do tempo para entender como ela se forma e muda. Ajustando parâmetros ambientais, os pesquisadores podem alterar as propriedades da neblina para melhor corresponder à neblina natural.

“Nossa equipe pode medir e caracterizar completamente a neblina que produzimos na instalação, e podemos gerar neblina semelhante repetidamente em dias diferentes”, disse Andres Sanchez, engenheiro químico. “Ter condições consistentes e mensuráveis é importante quando testamos como os sensores funcionam na neblina.”

Testes com a NASA e Teledyne FLIR

Pesquisadores do Centro de Pesquisa Ames da NASA visitaram recentemente a Sandia para realizar uma série de experimentos testando como sensores comercialmente disponíveis percebem obstáculos na neblina. O grupo de Mobilidade Aérea Revolucionária faz parte do projeto Ferramentas e Tecnologias Transformacionais da NASA.

“Testamos tecnologias de percepção que podem entrar em veículos aéreos autônomos”, disse Nick Cramer, engenheiro líder da NASA para este projeto. “Queremos garantir que esses veículos possam operar com segurança em nosso espaço aéreo. Esta tecnologia substituirá os olhos de um piloto, e precisamos ser capazes de fazer isso em todos os tipos de clima.”

A equipe configurou um drone estacionário na câmara como alvo e testou vários sensores para ver o quão bem eles podiam perceber o drone na neblina.

“A câmara de neblina dos Laboratórios Nacionais Sandia é incrivelmente importante para este teste”, disse Cramer. “Ela nos permite realmente ajustar os parâmetros e observar variações em longas distâncias. Podemos replicar longas distâncias e vários tipos de neblina relevantes para o ambiente aeroespacial.” Cramer disse que um dos desafios da tecnologia de voo autônomo é que haveria muitos veículos pequenos voando em proximidade.

A Teledyne FLIR testou suas próprias câmeras infravermelhas na instalação de neblina da Sandia para determinar o quão bem detectam e classificam pedestres e outros objetos. Chris Posch, diretor de engenharia automotiva da Teledyne FLIR, disse que as câmeras poderiam ser usadas para melhorar tanto a segurança dos veículos atuais com recursos avançados de assistência ao motorista, como frenagem de emergência automática, quanto veículos autônomos do futuro.

“Testes de neblina são muito difíceis de fazer na natureza porque ela é tão passageira e há muitas diferenças inerentes tipicamente vistas em tamanhos de gotas de água, consistência e repetibilidade de neblina ou nevoeiro”, disse Posch. “Como a instalação de neblina da Sandia pode criar repetidamente neblina com vários teores de água e tamanho, a instalação foi crítica para coletar os dados de teste de maneira científica completa.”

Sandia e Teledyne FLIR realizaram vários testes de desempenho com sensores de segurança veicular, incluindo câmeras visíveis, câmeras infravermelhas de onda longa, média e curta, e lidar. Posch disse que os resultados mostraram que as câmeras infravermelhas de onda longa da Teledyne FLIR podem detectar e classificar pedestres e outros objetos com precisão na maioria das neblinas, onde câmeras visíveis enfrentam dificuldades.

Imagem computacional para ver através da neblina

Uma equipe de pesquisadores da Sandia publicou recentemente um artigo na Optics Express descrevendo resultados atuais de um projeto de três anos para usar imagem computacional e a ciência por trás de como a luz se propaga e espalha na neblina para criar algoritmos que permitem que sensores detectem, localizem e imaginem objetos na neblina.

“Métodos atuais para ver através da neblina e com luz espalhada são caros e podem ser limitados”, disse Brian Bentz, engenheiro elétrico e líder do projeto. “Estamos usando o que sabemos sobre como a luz se propaga e espalha na neblina para melhorar as capacidades de detecção e consciência situacional.”

Bentz disse que a equipe modelou como a luz se propaga através da neblina até um objeto e até um detector – geralmente um pixel em uma câmera – e depois inverteu esse modelo para estimar de onde a luz veio e características do objeto. Alterando o modelo, essa abordagem pode ser usada com luz visível ou térmica. Bentz diz que a equipe usou o modelo para detectar, localizar e caracterizar objetos na neblina e estará trabalhando na imagem de objetos durante o último ano do projeto.