Avanzando el Transporte Seguro en Niebla: Laboratorios Sandia Prueban Sensores para Vehículos Autónomos

Drones autónomos y taxis autónomos que pueden operar con seguridad en la niebla pueden sonar futuristas, pero una nueva investigación en la instalación de niebla de los Laboratorios Nacionales Sandia está acercando ese futuro.

La niebla puede hacer que los viajes por agua, aire y tierra sean peligrosos cuando se vuelve difícil para personas y sensores detectar objetos. Los investigadores en la instalación de niebla de Sandia están abordando ese desafío a través de nueva investigación óptica en imágenes computacionales y asociándose con investigadores de la NASA que trabajan en Movilidad Aérea Avanzada, Teledyne FLIR y otros para probar sensores en niebla personalizada que puede medirse y reproducirse repetidamente a 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 plásticas para atrapar la niebla. Cuando el equipo inicia una prueba, 64 boquillas silban mientras rocían una mezcla personalizada de agua y sal. A medida que el rocío se extiende, la humedad aumenta y se forma una densa niebla. Pronto, un observador dentro no podrá ver las paredes, el techo o la entrada a través del aerosol y las personas y objetos a pocos pies de distancia estarán ocultos o completamente escondidos.

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

“Nuestro equipo puede medir y caracterizar completamente la niebla que producimos en la instalación, y podemos generar niebla similar repetidamente en diferentes días”, dijo Andrés Sánchez, ingeniero químico. “Tener condiciones consistentes y medibles es importante cuando probamos 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 que probaran cómo los sensores disponibles comercialmente perciben obstáculos en la niebla. El grupo de Movilidad Aérea Revolucionaria es parte del proyecto de Herramientas y Tecnologías Transformacionales de la NASA.

“Probamos tecnologías de percepción que podrían usarse en vehículos aéreos autónomos”, dijo Nick Cramer, ingeniero principal de la NASA para este proyecto. “Queremos asegurarnos de que estos vehículos puedan operar de forma segura en nuestro espacio aéreo. Esta tecnología reemplazará los ojos de un piloto, y necesitamos 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 de los Laboratorios Nacionales Sandia es increíblemente importante para esta prueba”, dijo Cramer. “Nos permite ajustar realmente los parámetros y observar variaciones a largas distancias. Podemos replicar largas distancias y varios tipos de niebla relevantes para el entorno aeroespacial.” Cramer dijo que uno de los desafíos de la tecnología de autovuelo es que habría muchos vehículos pequeños volando en proximidad cercana.

Teledyne FLIR ha probado sus propias cámaras infrarrojas en la instalación de niebla de Sandia para determinar qué tan bien detectan y clasifican 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 sistemas avanzados de asistencia al conductor, como frenado de emergencia automático, y vehículos autónomos del futuro.

“Las pruebas de niebla son muy difíciles de hacer en la naturaleza porque es tan fugaz y hay muchas diferencias inherentes típicamente vistas en tamaños de gotas de agua, consistencia y repetibilidad de la niebla o bruma”, dijo Posch. “Como la instalación de niebla de Sandia puede crear repetidamente niebla con varios contenidos y tamaños de agua, la instalación fue crítica para recopilar los datos de prueba de manera científica exhaustiva.”

Sandia y Teledyne FLIR realizaron múltiples pruebas de rendimiento con sensores de seguridad vehicular, incluyendo 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 peatones y otros objetos en la mayoría de las nieblas, donde las cámaras visibles tienen dificultades.

Un equipo de investigadores de Sandia publicó recientemente un artículo en Optics Express describiendo 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, localizar e imaginar objetos en la 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 usando 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 ha modelado cómo la luz se propaga a través de la niebla hacia un objeto y hacia 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 puede usarse con luz visible o térmica. Bentz dice que el equipo ha usado el modelo para detectar, localizar y caracterizar objetos en la niebla y estará trabajando en la imagen de objetos durante el último año del proyecto.