Teste de sensores em neblina para tornar o transporte futuro mais seguro

Drones autônomos e táxis autônomos que podem operar com segurança em neblina podem parecer futuristas, mas uma nova pesquisa nas instalações de neblina do Sandia National Laboratories está aproximando o futuro.

A neblina pode tornar perigosas as viagens por água, ar e terra quando se torna difícil para pessoas e sensores detectar objetos. Pesquisadores da instalação de neblina de Sandia estão enfrentando esse desafio por meio de novas pesquisas ópticas em imagens computacionais e em parceria com pesquisadores da NASA que trabalham em Mobilidade Aérea Avançada, Teledyne FLIR e outros para testar sensores em neblina personalizada que pode ser medida e produzida repetidamente sob demanda.

Construída em 2014, a câmara de neblina de Sandia tem 180 pés de comprimento, 10 pés de altura e 10 pés de largura. A câmara é forrada com folhas de plástico para prender o nevoeiro. Quando a equipe começa um teste, 64 bicos sibilam enquanto pulverizam uma mistura personalizada de água e sal. À medida que o spray se espalha, a umidade aumenta e uma névoa espessa se forma. Em breve, um observador no interior não poderá ver as paredes, o teto ou a entrada através do aerossol e as pessoas e objetos a poucos metros de distância ficarão obscurecidos ou completamente escondidos.

Os pesquisadores de Sandia medem cuidadosamente as propriedades do nevoeiro ao longo do tempo para entender como ele se forma e muda. Ao ajustar os parâmetros ambientais, os pesquisadores podem alterar as propriedades do nevoeiro para melhor corresponder ao nevoeiro 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 estamos testando o desempenho dos sensores na neblina.”

Pesquisadores do Ames Research Center da NASA visitaram recentemente Sandia para realizar uma série de experimentos para testar como os sensores disponíveis comercialmente percebem os obstáculos no nevoeiro. O grupo Revolutionary Aviation Mobility faz parte do projeto NASA Transformational Tools and Technologies.

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

A equipe montou um drone estacionário na câmara como alvo e depois testou vários sensores para ver o quão bem eles conseguiam perceber o drone no nevoeiro.

“A câmara de neblina do Sandia National Laboratories é incrivelmente importante para este teste”, disse Cramer. “Isso nos permite realmente sintonizar os parâmetros e observar as 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 nas proximidades.

A Teledyne FLIR testou suas próprias câmeras infravermelhas nas instalações de neblina de Sandia para determinar quão bem elas detectam e classificam pedestres e outros objetos. Chris Posch, diretor de engenharia automotiva da Teledyne FLIR, disse que as câmeras podem ser usadas para melhorar a segurança dos veículos atuais com recursos avançados de sistemas assistidos pelo motorista, como frenagem automática de emergência e veículos autônomos do futuro.

“O teste de neblina é muito difícil de fazer na natureza porque é muito fugaz e há muitas diferenças inerentes normalmente vistas no tamanho das gotas de água, consistência e repetibilidade de neblina ou névoa”, disse Posch. “Como a instalação de neblina de Sandia pode criar repetidamente neblina com vários teores e tamanhos de água, a instalação foi fundamental na coleta de dados de teste de maneira científica completa”.

A Sandia e a Teledyne FLIR realizaram vários testes de desempenho com sensores de segurança veicular, incluindo câmeras visíveis, câmeras infravermelhas de ondas longas, câmeras infravermelhas de ondas médias, câmeras infravermelhas de ondas curtas e lidar. Posch disse que os resultados mostraram que as câmeras infravermelhas de onda longa da Teledyne FLIR podem detectar e classificar com precisão pedestres e outros objetos na maioria dos nevoeiros, onde as câmeras visíveis são desafiadas.

Uma equipe de pesquisadores da Sandia publicou recentemente um artigo na Optics Express descrevendo os resultados atuais de um projeto de três anos para usar imagens computacionais e a ciência por trás de como a luz se propaga e se espalha no nevoeiro para criar algoritmos que permitem aos sensores detectar, localizar e criar imagens de objetos em névoa.

“Os métodos atuais para ver através do nevoeiro e com luz difusa 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 se espalha no nevoeiro para melhorar os recursos de detecção e consciência situacional”.

Brian Bentz, engenheiro elétrico e líder do projeto, disse que a equipe modelou como a luz se propaga através do nevoeiro até um objeto e um detector – geralmente um pixel em uma câmera – e depois inverteu esse modelo para estimar de onde veio a luz e as características do objeto. Ao alterar 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 no nevoeiro e trabalhará em objetos de imagem durante o último ano do projeto.