Actualización Revolucionaria de 1000x en Sensores de Profundidad de Auto Autónomo Mejora Seguridad

• Investigadores desarrollan nuevo enfoque que mejora la resolución de sensores de profundidad time-of-flight mil veces.
• Usa ideas de interferometría y LIDAR que permiten capturar cosas a mayor resolución.
• El sistema tiene resolución de profundidad de 3 micrómetros en rango de 2 metros.

La evolución del auto autónomo está aquí, y grandes jugadores como Google y Tesla están surgiendo a la vanguardia. Sin embargo, la tecnología se ha asociado con muchas preocupaciones de seguridad. Por ejemplo, ¿qué harían los algoritmos si detectan repentinamente un animal frente al auto en movimiento, cuidarían al animal o te salvarían a ti primero? Además, los autos autónomos no pueden funcionar correctamente en lluvias fuertes, poniendo en duda qué papel podrían tener los conductores en caso de que la tecnología falle.

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

Los nuevos sensores de profundidad combinados con método computacional efectivo mejoran la resolución de sensores de profundidad time-of-flight mil veces. Ese es el tipo de resolución que puede detectar fácilmente objetos en niebla y hacer autos autónomos más seguros.

Rango de Visión

La tecnología existente es lo suficientemente capaz para Sistema de Asistencia de Estacionamiento Inteligente (IPAS) y sistemas de detección de colisión. Tienen resolución de profundidad de 1 centímetro en rango de 2 metros. La resolución disminuye exponencialmente a medida que aumenta el rango. En el peor caso, esto podría incluso llevar a pérdida de vida.

El nuevo sistema time-of-flight tiene resolución de profundidad de 3 micrómetros en el mismo rango de 2 metros. El investigador principal, Achuta Kadambi, realizó algunas pruebas, en las que transmitió una señal de luz vía medio kilómetro de fibra óptica (con filtros de espacio uniformes) para simular la reducción de potencia experimentada en distancias prolongadas. Descubrió que el sistema aún puede lograr solo 1 centímetro de resolución de profundidad en rango de medio kilómetro.

¿Cómo Funciona?

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

Una ráfaga de luz muy corta se dispara y la cámara calcula el tiempo que la luz toma en regresar. El tiempo dice qué tan lejos está el objeto.
La tasa de detección se refiere al modulador que enciende y apaga un haz de luz. Detectores existentes pueden realizar aproximadamente 100 millones de cálculos por segundo, lo que limita el sistema a resolución de escala centímetro.



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

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

La tecnología LIDAR (Light Detection and Ranging), por otro lado, permite a cámaras lentas imaginar datos de alta frecuencia (señales de ancho de banda GHz).

LIDAR en Cascada Usando Notas de Batido

Imager time-of-flight de escaneos humanos a 1 GHz, 500 MHz y 120 MHz

Referencia: MIT Media Lab | 10.1109/access.2017.2775138

Las notas de batido son usualmente sonidos de baja frecuencia que pueden ser detectados por equipos de bajo ancho de banda. Por ejemplo, si un dispositivo produce tono de 330 Hz y el otro produce 300 Hz, la frecuencia de diferencia, es decir, 30 Hz es la nota de batido.

El mismo concepto se aplica a haces de luz modulados, donde interferencia de dos haces (en GHz) resulta en nota de batido de frecuencia Hz. El batido contiene todos los datos esenciales para medir 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 bien en niebla porque dispersa la luz. Dado que el desplazamiento de fase es mucho mayor relativo a la frecuencia de señal en sistemas ópticos GHz, son mucho mejores compensando la niebla comparado con sistemas MHz.

Otras Aplicaciones

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Los investigadores han mostrado control de longitud de camino en mínimo de casi 3 micrómetros, que es alrededor de 1/10 del ancho de un cabello humano. Tal alta precisión podría permitir inversión de dispersión, dejando a médicos e investigadores ver más profundo en el tejido usando espectros de luz visible.

Robots podrían navegar a través de un huerto, en lugar de solo mapear la topología. Y sí, la mayoría de las potenciales amplias implementaciones serían en tiempo real.