La revolucionaria actualización mil veces superior de los sensores de profundidad para vehículos autónomos mejora la seguridad

• Los investigadores desarrollan un nuevo enfoque que mejora mil veces la resolución de los sensores de profundidad de tiempo de vuelo.
• Utiliza ideas de interferometría y LIDAR que permiten capturar cosas con mayor resolución.
• El sistema tiene una resolución de profundidad de 3 micrómetros en un rango de 2 metros.

La evolución de los vehículos autónomos ya está aquí y grandes actores como Google y Tesla están pasando a la vanguardia. Sin embargo, la tecnología se ha asociado con muchos problemas de seguridad. Por ejemplo, ¿qué harían los algoritmos si de repente detectaran un animal en la parte delantera de un automóvil en movimiento? ¿Cuidarían al animal o lo salvarían a usted primero? Además, los vehículos autónomos no pueden funcionar correctamente bajo lluvias intensas, lo que pone en duda qué papel podrían tener que desempeñar los conductores en caso de que la tecnología falle.

Una investigación reciente del MIT intenta resolver algunos de los problemas que conlleva la tecnología de conducción autónoma. Han desarrollado un nuevo método para medir distancias con precisión a través de la niebla, que es varias veces mejor que la tecnología de sensores actual.

Los nuevos sensores de profundidad combinados con un método computacional eficaz mejoran mil veces la resolución de los sensores de profundidad de tiempo de vuelo. Ese es el tipo de resolución que puede detectar fácilmente objetos en la niebla y hacer que los vehículos autónomos sean más seguros.

Rango de visión

La tecnología existente es suficientemente capaz para el sistema inteligente de asistencia al estacionamiento (IPAS) y los sistemas de detección de colisiones. Tienen una resolución de profundidad de 1 centímetro a una distancia de 2 metros. La resolución disminuye exponencialmente a medida que aumenta el alcance. En el peor de los casos, esto podría provocar incluso la pérdida de vidas.

El nuevo sistema de tiempo de vuelo tiene una resolución de profundidad de 3 micrómetros en el mismo rango de 2 metros. El investigador principal, Achuta Kadambi, llevó a cabo algunas pruebas en las que transmitió una señal luminosa a través de fibra óptica de medio kilómetro (con filtros espaciales uniformes) para simular la reducción de potencia experimentada en distancias prolongadas. Descubrió que el sistema todavía puede alcanzar sólo 1 centímetro de resolución de profundidad en un rango de medio kilómetro.

¿Cómo funciona?

Los dos factores que determinan la resolución del sistema son la longitud de la ráfaga de luz y la tasa de detección.

Se dispara una ráfaga de luz muy breve y la cámara calcula el tiempo que tarda la luz en regresar. El tiempo indica qué tan lejos está el objeto.
La tasa de detección se refiere al modulador que enciende y apaga un haz de luz. Los detectores existentes pueden realizar aproximadamente 100 millones de cálculos por segundo, lo que limita el sistema a una resolución de escala de centímetros de profundidad.

El nuevo sistema utiliza ideas de la interferometría y LIDAR que permiten capturar cosas a mayor resolución.

La interferometría se refiere a la división de un haz de luz en dos partes iguales, donde una parte se dispara hacia una escena mientras la otra se mantiene circulando localmente. El haz reflejado se fusiona entonces con el que circula localmente. La diferencia de fase de estos dos haces revela la distancia precisa del objeto.

La tecnología LIDAR (detección y rango de luz), por otro lado, permite que las cámaras lentas obtengan imágenes de datos de alta frecuencia (señales de ancho de banda de GHz).

LIDAR en cascada usando Beat Notes

Generador de imágenes de tiempo de vuelo de exploraciones humanas a 1 GHz, 500 MHz y 120 MHz

Referencia:Laboratorio de medios del MIT | 10.1109/acceso.2017.2775138

Las notas de compás suelen ser sonidos de baja frecuencia que pueden detectarse mediante equipos de bajo ancho de banda. Por ejemplo, si un dispositivo produce un tono de 330 Hz y el otro produce 300 Hz, la frecuencia de diferencia, es decir, 30 Hz, es la nota de tiempo.

El mismo concepto se aplica a los haces de luz modulados, donde la interferencia de dos haces (en GHz) da como resultado una nota de batido de frecuencia Hz. El ritmo contiene todos los datos esenciales para medir la distancia.

Básicamente, es como apagar y encender una linterna millones de veces en un segundo, pero se hace electrónicamente, en lugar de ópticamente.

Los sistemas de baja frecuencia pueden funcionar correctamente en la niebla porque dispersa la luz. Dado que el cambio de fase es mucho mayor en relación con la frecuencia de la señal en los sistemas ópticos de GHz, son mucho mejores para compensar la niebla en comparación con los sistemas de MHz.

Otras aplicaciones

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Los investigadores han demostrado un control de la longitud del camino con un mínimo de casi 3 micrómetros, que es aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano. Una precisión tan alta podría permitir la inversión de la dispersión, permitiendo a los médicos e investigadores médicos ver más profundamente en el tejido utilizando espectros de luz visible.

Los robots podrían navegar a través de un huerto, en lugar de limitarse a trazar un mapa de la topología. Y sí, la mayor parte de la amplia gama potencial de implementaciones sería en tiempo real.