Prueba de sensores en la niebla para hacer que el transporte futuro sea más seguro

Los drones autónomos y los taxis autónomos que pueden operar de manera segura en la niebla pueden sonar futuristas, pero una nueva investigación en las instalaciones de niebla de Sandia National Laboratories está acercando el futuro.

La niebla puede hacer que los viajes por agua, aire y tierra sean peligrosos cuando se vuelve difícil para las personas y los sensores detectar objetos. Los investigadores de las instalaciones de niebla de Sandia están abordando ese desafío a través de una nueva investigación óptica en imágenes computacionales y asociándose con investigadores de la NASA que trabajan en Advanced Air Mobility, Teledyne FLIR y otros para probar sensores en niebla personalizada que se pueden medir y producir repetidamente bajo demanda.

Construida en 2014, la cámara de niebla de Sandia mide 180 pies de largo, 10 pies de alto y 10 pies de ancho. La cámara está revestida con láminas de plástico para atrapar la niebla. Cuando el equipo comienza una prueba, 64 boquillas silban mientras rocían una mezcla personalizada de agua y sal. A medida que se esparce el rocío, aumenta la humedad y se forma una niebla espesa. Pronto, un observador en el interior no podrá ver las paredes, el techo o la entrada a través del aerosol y las personas y los objetos a unos metros de distancia quedarán oscurecidos o completamente ocultos.

Los investigadores de Sandia miden cuidadosamente las propiedades de la niebla a lo largo del tiempo para comprender cómo se forma y cambia. Al ajustar los parámetros ambientales, los investigadores pueden cambiar las propiedades de la niebla para que coincida mejor con la niebla natural.

“Nuestro equipo puede medir y caracterizar completamente la niebla que producimos en la instalación, y podemos generar repetidamente una niebla similar en diferentes días”, dijo Andrés Sánchez, ingeniero químico. "Tener condiciones consistentes y medibles es importante cuando estamos probando cómo funcionan los sensores en la niebla".

Investigadores del Centro de Investigación Ames de la NASA visitaron recientemente Sandia para realizar una serie de experimentos para probar cómo los sensores disponibles comercialmente perciben los obstáculos en la niebla. El grupo Revolutionary Aviation Mobility es parte del proyecto Transformational Tools and Technologies de la NASA.

“Probamos tecnologías de percepción que podrían incorporarse a vehículos aéreos autónomos”, dijo Nick Cramer, el ingeniero principal de la NASA para este proyecto. “Queremos asegurarnos de que estos vehículos puedan operar de manera segura en nuestro espacio aéreo. Esta tecnología reemplazará los ojos de un piloto y debemos poder hacerlo en todo tipo de clima”.

El equipo instaló un dron estacionario en la cámara como objetivo y luego probó varios sensores para ver qué tan bien podían percibir el dron en la niebla.

“La cámara de niebla en los Laboratorios Nacionales Sandia es increíblemente importante para esta prueba”, dijo Cramer. “Nos permite sintonizar realmente los parámetros y observar las variaciones en largas distancias. Podemos replicar largas distancias y varios tipos de niebla que son relevantes para el entorno aeroespacial”. Cramer dijo que uno de los desafíos de la tecnología de vuelo autónomo es que habría muchos vehículos pequeños volando muy cerca.

Teledyne FLIR probó sus propias cámaras infrarrojas en las instalaciones de niebla de Sandia para determinar qué tan bien detectan y clasifican a los peatones y otros objetos. Chris Posch, director de ingeniería automotriz de Teledyne FLIR, dijo que las cámaras podrían usarse para mejorar tanto la seguridad de los vehículos actuales con funciones avanzadas de sistemas asistidos por el conductor como frenado automático de emergencia y vehículos autónomos del futuro.

"La prueba de niebla es muy difícil de hacer en la naturaleza porque es muy fugaz y hay muchas diferencias inherentes que normalmente se ven en el tamaño de las gotas de agua, la consistencia y la repetibilidad de la niebla o la niebla", dijo Posch. “Dado que la instalación de niebla de Sandia puede crear repetidamente niebla con varios contenidos y tamaños de agua, la instalación fue fundamental para recopilar los datos de prueba de una manera científica exhaustiva”.

Sandia y Teledyne FLIR realizaron múltiples pruebas de rendimiento con sensores de seguridad para vehículos, incluidas cámaras visibles, cámaras infrarrojas de onda larga, cámaras infrarrojas de onda media, cámaras infrarrojas de onda corta y lidar. Posch dijo que los resultados mostraron que las cámaras infrarrojas de onda larga de Teledyne FLIR pueden detectar y clasificar con precisión a los peatones y otros objetos en la mayoría de la niebla, donde las cámaras visibles son un desafío.

Un equipo de investigadores de Sandia publicó recientemente un artículo en Optics Express que describe los resultados actuales de un proyecto de tres años para usar imágenes computacionales y la ciencia detrás de cómo la luz se propaga y se dispersa en la niebla para crear algoritmos que permitan a los sensores detectar, ubicar y obtener imágenes de objetos en niebla.

“Los métodos actuales para ver a través de la niebla y con luz dispersa son costosos y pueden ser limitados”, dijo Brian Bentz, ingeniero eléctrico y líder del proyecto. "Estamos utilizando lo que sabemos sobre cómo la luz se propaga y se dispersa en la niebla para mejorar las capacidades de detección y conciencia situacional".

Brian Bentz, ingeniero eléctrico y líder del proyecto, dijo que el equipo modeló cómo la luz se propaga a través de la niebla hacia un objeto y un detector, generalmente un píxel en una cámara, y luego invirtió ese modelo para estimar de dónde vino la luz y las características del objeto. Al cambiar el modelo, este enfoque se puede utilizar con luz visible o térmica. Bentz dice que el equipo ha usado el modelo para detectar, ubicar y caracterizar objetos en la niebla y trabajará en imágenes de objetos durante el último año del proyecto.