Atualização revolucionária de 1.000 vezes para sensores de profundidade de carros autônomos aumenta a segurança

• Pesquisadores desenvolvem uma nova abordagem que melhora mil vezes a resolução dos sensores de profundidade de tempo de voo.
• Ele usa ideias de interferometria e LIDAR que permitem capturar coisas em resolução mais alta.
• O sistema tem resolução de profundidade de 3 micrômetros no alcance de 2 metros.

A evolução dos carros autônomos está aqui, e grandes players como Google e Tesla estão em ascensão. No entanto, a tecnologia tem sido associada a muitas preocupações de segurança. Por exemplo, o que os algoritmos fariam se de repente detectassem um animal na frente de um carro em movimento, eles cuidariam do animal ou salvariam você primeiro? Além disso, os carros autónomos não conseguem funcionar adequadamente sob chuvas fortes, colocando em questão o papel que os condutores poderão ter a desempenhar no caso de a tecnologia falhar.

Uma pesquisa recente do MIT tenta resolver alguns dos problemas que surgem com a tecnologia de direção autônoma. Eles desenvolveram um novo método para medir distâncias com precisão através da neblina, que é várias vezes melhor do que a tecnologia de sensores atual.

Os novos sensores de profundidade combinados com métodos computacionais eficazes melhoram a resolução dos sensores de profundidade de tempo de voo mil vezes. Esse é o tipo de resolução que pode detectar facilmente objetos no nevoeiro e tornar os carros autônomos mais seguros.

Alcance de visão

A tecnologia existente é capaz o suficiente para o Sistema Inteligente de Assistência ao Estacionamento (IPAS) e sistemas de detecção de colisão. Eles têm uma resolução de profundidade de 1 centímetro a um alcance de 2 metros. A resolução diminui exponencialmente à medida que o alcance aumenta. Na pior das hipóteses, isso pode até levar à perda de vidas.

O novo sistema de tempo de voo tem resolução de profundidade de 3 micrômetros no mesmo alcance de 2 metros. O investigador principal, Achuta Kadambi, realizou alguns testes, nos quais transmitiu um sinal luminoso através de fibra óptica de meio quilómetro (com filtros espaciais uniformes) para simular a redução de potência experimentada em distâncias prolongadas. Ele descobriu que o sistema ainda pode atingir apenas 1 centímetro de resolução de profundidade em um alcance de meio quilômetro.

Como funciona?

Os dois fatores que determinam a resolução do sistema são o comprimento da explosão de luz e a taxa de detecção.

Uma explosão de luz muito curta é disparada e a câmera calcula o tempo que a luz leva para retornar. O tempo indica a que distância o objeto está.
A taxa de detecção refere-se ao modulador que liga e desliga um feixe de luz. Os detectores existentes podem realizar aproximadamente 100 milhões de cálculos por segundo, o que limita o sistema à resolução em escala de profundidade centimétrica.



O novo sistema usa ideias da interferometria e LIDAR que permitem capturar coisas em maior resolução.

A interferometria refere-se à divisão de um feixe de luz em duas partes iguais, onde uma parte é disparada em uma cena enquanto a outra é mantida circulando localmente. O feixe refletido é então mesclado com aquele que circula localmente. A diferença de fase destes dois feixes revela a distância precisa do objeto.

A tecnologia LIDAR (Light Detection and Ranging), por outro lado, permite que câmeras lentas gerem imagens de dados de alta frequência (sinais de largura de banda de GHz).

LIDAR em cascata usando Beat Notes

Imageador de tempo de voo de varreduras humanas em 1 GHz, 500 MHz e 120 MHz

Referência:Laboratório de mídia do MIT | 10.1109/acesso.2017.2775138

As notas de batida geralmente são sons de baixa frequência que podem ser detectados por equipamentos de baixa largura de banda. Por exemplo, se um dispositivo produz 330 Hz e o outro produz 300 Hz, a diferença de frequência, ou seja, 30 Hz, é a nota de batida.

O mesmo conceito é aplicado a feixes de luz modulados, onde a interferência de dois feixes (em GHz) resulta em nota de batida na frequência Hz. A batida contém todos os dados essenciais para avaliar a distância.

Basicamente, é como desligar e ligar uma lanterna milhões de vezes num segundo, mas é feito eletronicamente, e não opticamente.

Os sistemas de frequência mais baixa podem funcionar corretamente no nevoeiro porque dispersam a luz. Como a mudança de fase é muito maior em relação à frequência do sinal em sistemas ópticos de GHz, eles são muito melhores na compensação de neblina em comparação com sistemas de MHz.

Outros aplicativos

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Os pesquisadores demonstraram um controle do comprimento do caminho de no mínimo quase 3 micrômetros, o que equivale a cerca de 1/10 da largura de um fio de cabelo humano. Essa alta precisão poderia permitir a inversão do espalhamento, permitindo que médicos e pesquisadores médicos vissem mais profundamente o tecido usando espectros de luz visível.

Os robôs poderiam navegar por um pomar, em vez de apenas mapear a topologia. E sim, a maior parte da ampla gama potencial de implementações seria em tempo real.