LIDAR, λέιζερ και λογική: Ανατομία αυτόνομου οχήματος

Τα αυτόνομα οχήματα τυγχάνουν μεγάλης προσοχής πρόσφατα, και αν αυτό διαρκέσει προφήτεψε το CES οτιδήποτε, είναι ότι αυτή η τάση της τεχνολογίας έχει κάποια σοβαρά χιλιόμετρα. Με εταιρείες όπως Audi, Lexus, και Google εξερευνώντας τρόπους για να ωθήσουμε την οδηγική εμπειρία στον 21ο αιώνα, δεν απέχουμε πολύ από ένα μέλλον όπου η οδήγηση γίνεται από μηχανή – όχι από άνθρωπο. Αλλά προτού μπορέσετε να βγείτε βιαστικά στον τοπικό αντιπρόσωπο (απλά αστειεύομαι. κανένα από αυτά δεν βρίσκεται στον τοπικό σας αντιπρόσωπο) για να ρίξετε μια γεύση από τους αυτοματοποιημένους κυρίους μας, θα παρατηρήσετε μια εντυπωσιακή ομοιότητα σε όλα σχεδόν τα μοντέλα: το LIDAR. Ξέρουμε τι σκέφτεστε: The what-DAR;

Λέιζερ Frikkin

Ένα από τα πιο ολοκληρωμένα, ακριβά και αξιοσημείωτα κομμάτια εξοπλισμού που συναντάμε σε ένα αυτόνομο όχημα είναι ο αισθητήρας LIDAR που είναι τοποθετημένος στην οροφή, σαν το αστέρι του θανάτου. Το LIDAR, το οποίο σημαίνει Ανίχνευση και Εύρος φωτός, είναι μια τεχνολογία τηλεπισκόπησης που μετρά και χαρτογραφεί την απόσταση από τους στόχους, καθώς και άλλα χαρακτηριστικά ιδιοτήτων των αντικειμένων στο πέρασμά της. Το LIDAR ουσιαστικά χαρτογραφεί το περιβάλλον του φωτίζοντας τους στόχους του με φως λέιζερ και στη συνέχεια αναλύοντας αυτό το φως για να δημιουργήσει μια ψηφιακή εικόνα υψηλής ανάλυσης.

Ενώ οι αισθητήρες LIDAR χρησιμοποιούνται σχεδόν σε όλα τα αυτόνομα ερευνητικά οχήματα, η τεχνολογία έχει ήδη εμφανιστεί σε αυτοκίνητα με προσαρμοστικά συστήματα ελέγχου ταχύτητας (ACC).

Σε οχήματα με ACC, μια συσκευή LIDAR τοποθετημένη στο μπροστινό μέρος του οχήματος, όπως ο προφυλακτήρας, χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της απόστασης μεταξύ αυτού του οχήματος και οποιουδήποτε αυτοκινήτου μπροστά του. Εάν το προπορευόμενο όχημα επιβραδύνει ή πλησιάσει πολύ, το ACC εφαρμόζει ανεξάρτητα τα φρένα για να επιβραδύνει το όχημα. Όταν οι συνθήκες του δρόμου ανοίγουν, το ACC επιτρέπει σε ένα όχημα να επιταχύνει σε μια προκαθορισμένη ταχύτητα από τον οδηγό. Ανατρέξτε στην κριτική μου για το Mercedes SL550 2013 για παράδειγμα οχήματος με προσαρμοζόμενο cruise control.

Οι αισθητήρες LIDAR που τοποθετούνται στην οροφή λειτουργούν λίγο διαφορετικά, ωστόσο, και συμπεριφέρονται παρόμοια με αυτό που θα βλέπατε πάνω από μια δορυφορική εγκατάσταση σε ένα αεροδρόμιο ή σε ένα μικρό αλιευτικό σκάφος.

Εδώ έχουμε ένα πιάτο χαμηλής περιστροφής (ας πούμε 1 rpm) που συγκεντρώνει στόχευση μεγάλης εμβέλειας, χαμηλής ανάλυσης άλλων αντικειμένων (άλλα σκάφη ή αεροσκάφη για παράδειγμα). Αυτή η ανάδραση χαμηλής ανάλυσης μπορεί να λειτουργεί για σταθερές εγκαταστάσεις, αλλά τα οχήματα χρειάζονται εικόνες πολύ υψηλότερης ανάλυσης και σε πολύ πιο κοντινή απόσταση.

Αν και δεν είναι επίσημα στοιχεία, οι στροφές υπολογίζουν, ας πούμε, Το όχημα AASRV της Lexus, που εμφανίζεται στο CES, μπορεί να περιστρέφεται με 600 rpm. Αυτή η αύξηση στις στροφές επιτρέπει στο όχημα να χαρτογραφήσει το περιβάλλον του με μεγαλύτερη λεπτομέρεια, ταχύτητα (λιγότερη από α δωδεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου) και ακρίβεια, η οποία είναι απαραίτητη σε ένα δρόμο όπου οι συνθήκες είναι συνεχώς αλλάζει.

Επί του παρόντος, οι αισθητήρες LIDAR δεν είναι κατασκευασμένοι εσωτερικά, αλλά είναι εμπορικά διαθέσιμοι – και ακριβοί. Ω τόσο πολύ ακριβό. Ένας κορυφαίος αισθητήρας Velodyne, για παράδειγμα, μπορεί να κοστίσει 70.000 $ κάθε φορά και μπορεί να βρεθεί να περιστρέφεται υπνωτιστικά πάνω από τα ερευνητικά οχήματα της Google, της Lexus και της Audi.

Οδικός χάρτης προς την αυτονομία

Το LIDAR μπορεί να είναι το πιο εμφανές κομμάτι της τεχνολογίας χωρίς οδηγό, αλλά όπως λέει ο Paul Williamsen, Παγκόσμιος Διευθυντής Εκπαίδευσης και Κατάρτισης Για τη Lexus International, μου λέει, η ανατομία των αυτόνομων οχημάτων, συμπεριλαμβανομένου του LIDAR, περιλαμβάνει τέσσερα σχετικά ευρεία τομείς:

• Φτιάχνοντας ένα όχημα στο οποίο μπορείτε να ελέγξετε το τιμόνι, την παροχή ισχύος και το σπάσιμο – όλα αυτόματα.
• Τεχνολογία που επιτρέπει στο όχημα να αισθάνεται το περιβάλλον γύρω του
• Η επεξεργασία – τι καθορίζει αυτό το όχημα, ποιες αποφάσεις παίρνει με βάση την αίσθηση του τι συμβαίνει γύρω του
• Η έξοδος – ποιες ενέργειες κάνει το όχημα με βάση αυτή την επεξεργασία

Το κύμα του μέλλοντος

Εκτός από το LIDAR που παρέχει αισθητηριακή ανάδραση, τα αυτόνομα οχήματα χρησιμοποιούν μια όχι και τόσο νέα τεχνολογία που ονομάζεται ραντάρ κυμάτων χιλιοστού, το οποίο περιλαμβάνει διάφορους υπέρυθρους και οπτικούς αισθητήρες τοποθετημένους στο μπροστινό μέρος, στα πλάγια και στο πίσω μέρος τέταρτα ενός οχήματος.

Όπως αναμφίβολα θα θυμάστε από το μάθημα επιστήμης του γυμνασίου, το ραντάρ κυμάτων χιλιοστού εκπέμπει εξαιρετικά υψηλή συχνότητα (μικρή) μήκη κύματος, το οποίο είναι ιδανικό για την ανίχνευση αντικειμένων (αυτοκίνητα, πεζοί και μεγάλα ζώα) στο άμεσο περιβάλλον ενός οχήματος γειτνίαση.

Οι υπέρυθροι και οι οπτικοί αισθητήρες διαθέτουν ήδη σε μεγάλο βαθμό τα τρέχοντα οχήματα Audi, Lexus, Acura, Subaru και Mercedes. Lexus 2013 LS 460, για παράδειγμα, αθλείται αυτό που ονομάζεται προηγμένο σύστημα προ-σύγκρουσης (A-PCS). Αυτό λειτουργεί σε συνδυασμό με ραντάρ κυμάτων χιλιοστού, προβολείς κοντά σε υπέρυθρες όψεις και μπροστινή στερεοφωνική κάμερα. Ουσιαστικά, το A-PCS έχει σχεδιαστεί για να αποφεύγει τις συγκρούσεις σε χαμηλή ταχύτητα σαρώνοντας οχήματα σε κοντινή απόσταση, προσδιορίζοντας πιθανές συγκρούσεις, και εκπομπή οπτικοακουστικών ενδείξεων εάν υπάρχει κίνδυνος και τελικά λειτουργεί αυτόνομα εφαρμόζοντας αντίμετρα πέδησης έκτακτης ανάγκης.

Όπως μπορείτε να δείτε, η τεχνολογία αυτόνομων οχημάτων είναι ένα μείγμα πρωτοκόλλων ανίχνευσης και επεξεργασίας. Ενώ αισθητήρες ραντάρ κυμάτων χιλιοστών μπορούν να τοποθετηθούν μέσα και γύρω από το όχημα, τέτοια παραδείγματα, όπως αυτά που εμφανίζονται και στα πρωτότυπα της Google και της Lexus, συνήθως διαθέτουν ακόμη περισσότερους αισθητήρες που κρέμονται από βραχίονες από το όχημα προφυλακτήρες. Αυτά επιτρέπουν ακόμη μεγαλύτερη ανίχνευση ραντάρ στα πλαϊνά του οχήματος, σε αντίθεση μόνο με το μπροστινό μέρος. Με αυτόν τον τρόπο, οι πληροφορίες μπορούν να συλλεχθούν με ακρίβεια σε παρακείμενες λωρίδες, διασταυρώσεις και διασταυρώσεις.

Οι εγκέφαλοι του τσαμπιού

Φυσικά, όλες αυτές οι πληροφορίες πρέπει να συλλέγονται και να υποβάλλονται σε επεξεργασία, γι' αυτό και τα αυτόνομα οχήματα τώρα και στο μέλλον θα χρησιμοποιούν σχετικά ισχυρούς ενσωματωμένους υπολογιστές. Όπως εξηγεί ο Paul Williamsen της Lexus, «Το όχημα που δείξαμε στην CES έχει στην πραγματικότητα έναν αριθμό υπολογιστών υψηλής ισχύος στο πορτμπαγκάζ του αυτοκινήτου, υπολογιστές που εσείς και εγώ μπορεί να έχουμε στην επιφάνεια εργασίας σας».

Αντίθετα, οι υπολογιστές που καταλαμβάνουν αυτήν τη στιγμή χώρο στα οχήματά μας είναι σχετικά αμυδρά συγκριτικά, όπως εξηγεί περαιτέρω ο Williamsen, «οι πιο ισχυροί ο υπολογιστής σε ένα συμβατικό όχημα είναι ένας πολύ απλός υπολογιστής, γιατί χρειαζόμαστε απόλυτη πλήρη αξιοπιστία, λειτουργούν με αρκετά αργή ταχύτητα ρολογιού, λειτουργούν με αρκετά χαμηλή ποσότητα μνήμης και σε έναν αρκετά απλό αριθμό λέξεων στον συνολικό προγραμματισμό τους και αυτό γιατί χρειαζόμαστε απόλυτα επίπεδα αγκύρωσης σκάφους αξιοπιστία"

«Για την έρευνα αυτόνομων οχημάτων χρησιμοποιούμε υπολογιστές … που είναι εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές πιο ισχυροί για να κάνουν την επεξεργασία, συγκεντρώστε τις πληροφορίες των πολύπλοκων εικόνων LIDAR και τις πληροφορίες που λαμβάνουμε από αισθητήρες ραντάρ κυμάτων πολλαπλών χιλιοστών».

Οδήγηση, μείον τον οδηγό

Έχουμε λοιπόν το LIDAR, έχουμε ραντάρ κυμάτων χιλιοστών και έχουμε έναν πανίσχυρο εγκέφαλο Autobot που εκτελεί την εκπομπή. Αλλά τι οδηγεί στην ψηφιακή Miss Daisy; Για να λειτουργήσει ένα αυτόνομο όχημα, πρέπει να ελέγχεται ηλεκτρονικά, αυτόματα ή να δανειστούμε έναν πολύ πιο επιστημονικό-φανταστικό όρο, ρομποτικά. Αυτά τα «ρομπότ» δεν θα ανατρέψουν την κυβέρνηση, αλλά αντίθετα θα αναλάβουν ευγενικά όλες τις λεπτομέρειες της οδήγησης. Περισσότερο από αυτό, πρέπει όλοι να εργάζονται από κοινού και, ίσως το πιο σημαντικό, ανεξάρτητα από οποιαδήποτε ανθρώπινη συμβολή.

Στην περίπτωση της Toyota/Lexus, τα οχήματά της, δηλαδή τα υβριδικά της, έχουν ήδη αυτό που αναφέρει η εταιρεία ως «προηγμένο υβριδικό σύστημα» ικανό να ελέγχει ηλεκτρονικά την πέδηση, το σύστημα διεύθυνσης και επιτάχυνση. Αυτός ο συγκεκριμένος τομέας της τεχνολογίας αυτόνομων οχημάτων είναι απαραίτητος και είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους η Google χρησιμοποιεί υβριδικά Toyota/Lexus. Με αυτόν τον τρόπο, ο γίγαντας του Διαδικτύου δεν χρειάζεται να αναπτύξει τη δική του ηλεκτρονικά ελεγχόμενη διεπαφή, αλλά απλώς να βρει έναν τρόπο να αναστρέψει τις επικοινωνίες που του επιτρέπουν να δημιουργεί διάφορα συστήματα διεύθυνσης, γκαζιού και πέδησης εντολές.

Ενώ το LIDAR είναι σίγουρα το πιο σημαντικό οπτικά κομμάτι της τεχνολογίας χωρίς οδηγό, κάθε πτυχή ενός αυτόνομου οχήματος είναι λεπτεπίλεπτα συνυφασμένη με αυτό το περιστρεφόμενο κεντρικό στοιχείο. Τα αυτοματοποιημένα χειριστήρια διεύθυνσης εξαρτώνται από το ραντάρ κυμάτων χιλιοστού, ενώ το LIDAR που είναι τοποθετημένο στην οροφή συλλέγει και χαρτογραφεί μανιωδώς ζωτικές πληροφορίες. Αυτές οι πληροφορίες πρέπει να υποβληθούν σε επεξεργασία, να υπολογιστούν και τελικά να ανατροφοδοτηθούν στους αυτοματοποιημένους ελέγχους. ολοκληρώνοντας έτσι αυτόν τον αλκυονικό κύκλο της αυτοκινητικής μαγείας.

Συστάσεις των συντακτών

• Πώς ένα μεγάλο μπλε βαν από το 1986 άνοιξε το δρόμο για αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα
• Το Apple Car θα είναι πλήρως αυτόνομο χωρίς είσοδο οδηγού, ισχυρίζονται οι γνώστες
• Η Ford αποκαλύπτει το όχημα που προορίζεται για τις υπηρεσίες αυτόνομων αυτοκινήτων
• Βόλτα με το AI της Audi: Εγώ, το αυτόνομο αυτοκίνητο πόλης του μέλλοντος
• Οι Καλιφορνέζοι μπορούν πλέον να παραδίδουν τα παντοπωλεία τους με αυτόνομα οχήματα