LIDAR, laseri i logika: Anatomija autonomnog vozila

Autonomna vozila u zadnje vrijeme dobivaju puno pozornosti, a ako je ovo posljednje CES je prorokovao bilo što, to je da ovaj tehnološki trend ima ozbiljnu kilometražu. S tvrtkama poput Audi, Lexus, i Google istražujući načine kako iskustvo vožnje prenijeti u 21. stoljeće, nismo daleko od budućnosti u kojoj će voziti stroj - a ne čovjek. Ali prije nego što možete odjuriti do svog lokalnog trgovca (samo se šalim; nijedan od njih nije kod vašeg lokalnog zastupnika) da biste bacili pogled na naše automatizirane gospodare, primijetit ćete jednu zapanjujuću sličnost u gotovo svim modelima: LIDAR. Znamo što mislite: Što-DAR?

Frikkin laseri

Jedan od najcjelovitijih, najskupljih i najzamjetnijih dijelova opreme koji se nalaze u autonomnom vozilu je krovni LIDAR senzor nalik na Zvijezdu smrti. LIDAR, što je kratica za Light Detection and Ranging, tehnologija je daljinskog očitavanja koja mjeri i mapira udaljenost do ciljeva, kao i druge karakteristike svojstava objekata na svom putu. LIDAR u biti mapira svoje okruženje osvjetljavajući svoje mete laserskim svjetlom i potom analizirajući to svjetlo kako bi stvorio digitalnu sliku visoke rezolucije.

Dok se LIDAR senzori koriste u gotovo svim autonomnim istraživačkim vozilima, tehnologija je već prisutna u automobilima s prilagodljivim tempomatom (ACC).

U vozilima s ACC-om, LIDAR uređaj postavljen na prednji dio vozila, poput branika, koristi se za praćenje udaljenosti između tog vozila i bilo kojeg automobila ispred njega. Ako vozilo ispred uspori ili se previše približi, ACC samostalno aktivira kočnice kako bi usporio vozilo. Kada se uvjeti na cesti otvore, ACC omogućuje vozilu da ubrza do brzine koju je prethodno postavio vozač. Pogledajte moju recenziju Mercedes SL550 iz 2013 za primjer vozila s adaptivnim tempomatom.

Krovni LIDAR senzori ipak funkcioniraju malo drugačije i ponašaju se slično onome što biste vidjeli na vrhu satelitske instalacije na aerodromu ili na malom ribarskom brodu.

Ovdje imamo antenu niske vrtnje (recimo 1 okretaja u minuti) koja prikuplja ciljanje drugih objekata s velikim dometom niske razlučivosti (na primjer drugih plovila ili zrakoplova). Ove povratne informacije niske razlučivosti mogu funkcionirati za stacionarne instalacije, ali vozila trebaju slike puno veće razlučivosti i mnogo bliže udaljenosti.

Iako nisu službene brojke, okretaji se računaju na, recimo, Lexusovo AASRV vozilo, prikazan na CES-u, mogao bi se vrtjeti pri 600 okretaja u minuti. Ovo povećanje broja okretaja u minuti omogućuje vozilu mapiranje svoje okoline s više detalja, brzinom (manjom od a desetak milisekundi) i točnost, što je bitno na cesti gdje su uvjeti konstantni mijenjanje.

Trenutačno se LIDAR senzori ne proizvode unutar tvrtke, ali su komercijalno dostupni – i skupi. Oh, tako jako skupo. Vrhunski senzor Velodyne, na primjer, može postići cijenu od 70.000 dolara po komadu i može se pronaći kako se hipnotički vrti na vrhu Googleovih, Lexusovih i Audijevih istraživačkih vozila.

Putokaz do autonomije

LIDAR bi mogao biti najuočljiviji dio tehnologije bez vozača, ali kako kaže Paul Williamsen, globalni upravitelj obrazovanja i obuke za Lexus International, kaže mi, anatomija autonomnih vozila, uključujući LIDAR, obuhvaća četiri relativno široka domene:

• Izrada vozila u kojem možete kontrolirati upravljanje, isporuku snage i kočenje – sve automatski.
• Tehnologija koja omogućuje vozilu da osjeti okolinu oko sebe
• Obrada – što to vozilo određuje, koje odluke donosi na temelju osjetila onoga što se oko njega događa
• Izlaz – koje radnje vozilo čini na temelju te obrade

Val budućnosti

Osim LIDAR-a koji pruža senzorsku povratnu informaciju, autonomna vozila koriste ne tako novu tehnologiju tzv radar milimetarskih valova, koji uključuje različite infracrvene i optičke senzore postavljene sprijeda, sa strane i straga četvrtine vozila.

Kao što se sigurno sjećate sa sata prirodoslovlja u srednjoj školi, radar milimetarskih valova emitira iznimno visoku frekvenciju (kratko) valne duljine, što je idealno za otkrivanje objekata (automobila, pješaka i velikih životinja) u neposrednoj blizini vozila blizina.

Infracrveni i optički senzori već su uvelike prisutni u trenutnim vozilima Audi, Lexus, Acura, Subaru i Mercedes. Lexusov LS 460 iz 2013, na primjer, ima ono što se zove Advanced Pre-Collision System (A-PCS). Ovo radi u kombinaciji s radarom milimetarskih valova, infracrvenim projektorima okrenutim sprijeda i stereo kamerom postavljenom sprijeda. U osnovi, A-PCS je dizajniran za izbjegavanje sudara pri malim brzinama skeniranjem vozila u blizini prema daleko, utvrđujući potencijalne sudare, i emitiranje audiovizualnih indikatora ako je opasnost prisutna, i eventualno autonomno djelovanje primjenom protumjera kočenja u nuždi.

Kao što vidite, tehnologija autonomnih vozila je mješavina protokola za očitavanje i obradu. Dok se radarski senzori milimetarskih valova mogu postaviti ui oko vozila, takvi primjeri, poput ovih viđenih i na prototipovima Googlea i Lexusa obično imaju još više senzora obješenih na nosače vozila odbojnici. Oni omogućuju još bolje radarsko detektiranje bočnih strana vozila, za razliku od samo prednje strane. Na taj se način informacije mogu precizno prikupiti u susjednim trakama, raskrižjima i raskrižjima.

Mozak gomile

Naravno, sve te podatke treba prikupiti i obraditi, zbog čega će autonomna vozila sada iu budućnosti koristiti relativno moćna onboard računala. Kao što Paul Williamsen iz Lexusa objašnjava: "Vozilo koje smo pokazali na CES-u zapravo ima brojna računala velike snage u prtljažniku automobila, računala koja bismo vi i ja mogli imati na vašem stolu."

Nasuprot tome, računala koja trenutno zauzimaju prostor u našim vozilima relativno su maloumna u usporedbi s tim, kako dalje objašnjava Williamsen, "najmoćnija računalo u konvencionalnom vozilu je vrlo jednostavno računalo, jer trebamo apsolutnu potpunu pouzdanost, rade na prilično maloj brzini takta, rade na relativno malom količinom memorije, i s prilično jednostavnim brojem riječi u njihovom ukupnom programiranju, a to je zato što trebamo apsolutne razine sidrenja pouzdanost"

„Za istraživanje autonomnih vozila koristimo računala... koja su stotinama ili tisućama puta moćnija za obradu, spojiti informacije složenih LIDAR slika i informacije koje dobivamo od višestrukih radarskih senzora milimetarskih valova.”

Vožnja, bez vozača

Dakle, imamo LIDAR, imamo radar milimetarskih valova i imamo svemoćni Autobotski mozak koji vodi predstavu. Ali što zapravo pokreće digitalnu Miss Daisy? Da bi autonomno vozilo funkcioniralo, njime se mora upravljati elektronički, automatski, ili da posudimo puno znanstvenofantastičniji izraz, robotski. Ovi "roboti" neće svrgnuti vladu, već će ljubazno preuzeti sve sitnice vožnje. Više od toga, svi oni moraju raditi usklađeno i, što je možda još važnije, neovisno o bilo kakvom ljudskom utjecaju.

U slučaju Toyote/Lexusa, njena vozila, točnije hibridna vozila, već imaju ono na što se tvrtka poziva kao "sofisticirani hibridni sustav" koji može elektronički kontrolirati kočenje, upravljanje i ubrzanje. Ova posebna domena tehnologije autonomnih vozila je ključna i jedan je od razloga zašto Google koristi Toyota/Lexus hibride. Pritom internetski div ne treba razvijati vlastito elektronički kontrolirano sučelje, već jednostavno smisliti način obrnutog inženjeringa komunikacija koje mu omogućuju stvaranje različitih načina upravljanja, gasa i kočenja naredbe.

Dok je LIDAR zasigurno vizualno najistaknutiji dio tehnologije bez vozača, svaki aspekt autonomnog vozila delikatno je isprepleten s ovim rotirajućim središnjim dijelom. Automatizirane kontrole upravljanja ovise o radaru milimetarskih valova, dok LIDAR montiran na krovu bjesomučno prikuplja i mapira vitalne informacije. Te informacije treba obraditi, izračunati i na kraju vratiti automatiziranim kontrolama; čime je dovršen ovaj mirni krug automobilskog čarobnjaštva.

Preporuke urednika

• Kako je veliki plavi kombi iz 1986. otvorio put samovozećim automobilima
• Appleov automobil bit će potpuno autonoman, bez vozača, tvrde upućeni
• Ford otkriva vozilo namijenjeno svojim uslugama autonomnih automobila
• Stopiranje u Audijevom AI: Ja, autonomni gradski automobil budućnosti
• Stanovnici Kalifornije sada svoje namirnice mogu dostavljati autonomnim vozilima