Como os carros autônomos “veem”?

Como os carros autônomos “veem”?

Imagine que um carro autônomo com rastreador veicular que serpenteia por uma estrada estreita. Está totalmente escuro, com vento e seu cenário típico de filme de terror. De repente, três obstáculos aparecem na estrada junto com um efeito de jumpscare. O que acontece depois?

Para navegar com sucesso por eles, nosso carro primeiro precisa detectá-los

 

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Obviamente, sem nenhuma interferência humana, um carro mesmo com rastreamento veicular precisaria de seu próprio olho “digital” para executar a tarefa, de modo que seu algoritmo de controle possa traçar o percurso mais seguro. Isso é possível por um mecanismo de sondagem baseado em laser chamado LIDAR e também por fotônica integrada. Na aviação, as antenas de radar lançam “pulsos” de rádio ou microondas em direção ao avião para identificar sua localização, medindo o tempo que leva para o pulso de onda retornar. Na indústria marítima, é usada uma tecnologia semelhante chamada SONAR, baseada no princípio do eco. O SONAR utiliza ondas sonoras e, devido ao seu grande comprimento de onda, elas só podem ser usadas para detectar objetos grandes ou para calcular a profundidade do fundo do mar.

Rádio / microondas têm um comprimento de onda muito menor, mas mesmo eles não podem ser usados ​​para visualizar detalhes mais refinados da estrada. Nesse cenário, o LIDAR nos ofereceu uma solução muito adequada na forma de laser, cujo comprimento de onda varia em apenas nanômetros. O sistema LIDAR, que significa Detecção e Variação da Luz, pode visualizar detalhes tão finos quanto os dentes de um pedestre sorridente.

O LIDAR dispara uma cadeia de pulsos de laser super curtos para fornecer uma resolução de profundidade. Suponha que nosso obstáculo nº 1 seja um coelho. À medida que o carro passa, um pulso se espalha pela base das orelhas, enquanto o próximo pode atingir a ponta antes de retornar. Medindo quanto tempo leva o segundo pulso, podemos calcular a forma do obstáculo. Com uma longa série de pulsos, o LIDAR cria rapidamente um perfil em miniatura do coelho. No entanto, com tantos interruptores ON e OFF, o laser se torna instável e, por sua vez, afeta o tempo preciso dos pulsos, o que acaba limitando nossa resolução de profundidade.

Esta é a parte em que a fotônica integrada entra. O Rastreador de Moto é deixado ligado e algo é usado para bloqueá-lo periodicamente. Uma maneira de criar os pulsos é empregar um fenômeno realmente comum conhecido como interferência. Imagine jogar uma pedra em um lago ou lago para criar ondulações. Essas ondulações não passam de uma série de cristas (altos) e vales (baixos). Se você soltar outra pedra exatamente no mesmo ponto e em um momento em que não haja diferença de fase entre os dois conjuntos de ondulações, notará que as novas ondulações ou pulsos são maiores do que antes. Isso é conhecido como interferência.

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À esquerda, como não há diferença de fase entre as duas ondas, suas amplitudes se somam para criar uma onda muito maior. À direita, como há uma diferença de fase de 180 °, as ondas efetivamente se cancelam. Você também pode entender isso como “aritmética gráfica”, onde você tem uma forma de onda e a outra modifica sua alteração, puxando-a para cima / para baixo, dependendo da diferença de fase.

Nos carros autônomos com rastreamento de veículos em Natal, isso é conseguido pelo modulador Mach-Zehnder. Seu funcionamento é um pouco semelhante ao tubo de Quincke. A luz é dividida ao longo de dois braços paralelos e eventualmente se junta novamente. Se a luz diminuir a velocidade de um dos braços, isso introduzirá uma diferença de fase. Ao alternar isso, o modulador age efetivamente como um botão liga / desliga. Um pulso de luz com duração de cem picossegundos nos dá uma resolução de profundidade de alguns centímetros.

Alerta de spoiler! É muito melhor do que a nossa visão ocular normal.

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Em vez de apagar totalmente a luz, podemos reduzir o atraso muito menos e o dispositivo funcionará como um redutor do que um interruptor. Se estes forem empilhados em paralelo, podemos obter efetivamente um feixe de laser direcionável.

No final, esses olhos “digitais” do Bloqueador para moto têm o potencial de enxergar muito melhor do que nossos próprios olhos e mais profundamente do que qualquer um de nossos instrumentos / invenções. Eles podem ajudar a superar qualquer número de obstáculos sem que ninguém mais tenha um tratamento de saltos, exceto talvez um coelho adorável.

 

 

Referência