LIDAR, laser e logica: anatomia di un veicolo autonomo

I veicoli autonomi stanno ricevendo molta attenzione negli ultimi tempi, e se quest'ultimo è l'ultimo Il CES ha profetizzato qualunque cosa, è che questa tendenza tecnologica ha un notevole chilometraggio. Con aziende come Audi, Lexus, E Google esplorando modi per spingere l’esperienza di guida nel 21° secolo, non siamo lontani da un futuro in cui la guida sarà affidata alle macchine e non all’uomo. Ma prima che tu possa correre dal tuo rivenditore locale (sto scherzando; nessuno di questi si trova presso il tuo rivenditore locale) per dare un'occhiata ai nostri padroni automatizzati, noterai una sorprendente somiglianza praticamente tra tutti i modelli: il LIDAR. Sappiamo cosa stai pensando: il what-DAR?

Laser Frikkin

Uno degli equipaggiamenti più integrali, costosi e notevoli presenti in un veicolo autonomo è il sensore LIDAR montato sul tetto, simile alla Morte Nera. LIDAR, che sta per Light Detection and Ranging, è una tecnologia di telerilevamento che misura e mappa la distanza dai bersagli, così come altre caratteristiche immobiliari degli oggetti sul suo percorso. LIDAR essenzialmente mappa l'ambiente circostante illuminando i suoi obiettivi con luce laser e quindi analizzando quella luce per creare un'immagine digitale ad alta risoluzione.

Sebbene i sensori LIDAR siano impiegati praticamente in tutti i veicoli di ricerca autonomi, la tecnologia è già stata utilizzata nelle auto con sistemi di controllo automatico della velocità adattivo (ACC).

Nei veicoli con ACC, un dispositivo LIDAR montato sulla parte anteriore del veicolo, come il paraurti, viene utilizzato per monitorare la distanza tra quel veicolo e qualsiasi auto che lo precede. Se il veicolo che precede rallenta o si avvicina troppo, l'ACC aziona i freni in modo indipendente per rallentare il veicolo. Quando le condizioni stradali si aprono, l'ACC consente al veicolo di accelerare fino a una velocità preimpostata dal conducente. Fare riferimento alla mia recensione del Mercedes SL550 del 2013 per un esempio di veicolo con cruise control adattivo.

I sensori LIDAR montati sul tetto, tuttavia, funzionano in modo leggermente diverso e si comportano in modo simile a quello che vedresti su un'installazione satellitare su un aeroporto o a bordo di un piccolo peschereccio.

Qui abbiamo una parabola a bassa rotazione (diciamo 1 giri al minuto) che raccoglie obiettivi a lungo raggio e a bassa risoluzione di altri oggetti (ad esempio altre navi o aerei). Questo feedback a bassa risoluzione può funzionare per installazioni fisse, ma i veicoli necessitano di immagini a risoluzione molto più elevata e a una distanza molto più ravvicinata.

Pur non essendo dati ufficiali, i giri contano, ad esempio, Il veicolo AASRV di Lexus, mostrato al CES, potrebbe girare a 600 giri al minuto. Questo aumento del numero di giri consente al veicolo di mappare l'ambiente circostante con maggiore dettaglio, velocità (meno di un dozzine di millisecondi) e la precisione, essenziale su una carreggiata in cui le condizioni sono costanti mutevole.

Attualmente, i sensori LIDAR non sono costruiti internamente, ma sono disponibili in commercio e costosi. Oh, quindi molto costoso. Un sensore Velodyne top di gamma, ad esempio, può fruttare 70.000 dollari al pezzo e può essere trovato mentre gira ipnoticamente sui veicoli di ricerca di Google, Lexus e Audi.

La tabella di marcia verso l'autonomia

LIDAR potrebbe essere il pezzo più evidente di tecnologia senza conducente, ma come sostiene Paul Williamsen, Global Manager of Education and Training per Lexus International, mi dice, l'anatomia dei veicoli autonomi, compreso il LIDAR, ne comprende quattro relativamente ampi domini:

• Realizzare un veicolo in cui è possibile controllare lo sterzo, l'erogazione di potenza e la frenata, tutto automaticamente.
• Tecnologia che consente al veicolo di percepire l'ambiente circostante
• L'elaborazione: cosa determina quel veicolo, quali decisioni prende in base alla percezione di ciò che accade intorno a lui
• L'output: quali azioni esegue il veicolo in base a tale elaborazione

L'onda del futuro

Oltre al LIDAR che fornisce feedback sensoriale, i veicoli autonomi utilizzano una tecnologia non così nuova chiamata radar a onde millimetriche, che coinvolge vari sensori a infrarossi e ottici posizionati nella parte anteriore, laterale e posteriore quarti di un veicolo.

Come sicuramente ricorderete dalle lezioni di scienze del liceo, il radar a onde millimetriche emette frequenze estremamente elevate (brevi) lunghezze d'onda, ideali per rilevare oggetti (automobili, pedoni e animali di grandi dimensioni) nelle immediate vicinanze di un veicolo vicinanza.

I sensori a infrarossi e ottici sono già presenti negli attuali veicoli Audi, Lexus, Acura, Subaru e Mercedes. Lexus LS 460 del 2013, ad esempio, sfoggia quello che viene chiamato Advanced Pre-Collision System (A-PCS). Funziona in combinazione con un radar a onde millimetriche, proiettori frontali nel vicino infrarosso e una telecamera stereo montata frontalmente. Essenzialmente, l'A-PCS è progettato per evitare collisioni a bassa velocità scansionando i veicoli nelle vicinanze, determinando potenziali collisioni, ed emettere segnali audiovisivi in ​​caso di pericolo ed eventualmente operare autonomamente applicando contromisure di frenata di emergenza.

Come puoi vedere, la tecnologia dei veicoli autonomi è una miscela di protocolli di rilevamento ed elaborazione. Mentre i sensori radar a onde millimetriche possono essere posizionati dentro e intorno al veicolo, esempi come quelli visti su entrambi i prototipi Google e Lexus, in genere sono dotati di ancora più sensori appesi alle staffe del veicolo paraurti. Ciò consente un rilevamento radar ancora maggiore sui lati del veicolo, anziché solo sulla parte anteriore. In questo modo, le informazioni possono essere raccolte con precisione nelle corsie adiacenti, negli incroci e negli incroci.

Il cervello del gruppo

Naturalmente, tutte queste informazioni devono essere raccolte ed elaborate, motivo per cui i veicoli autonomi, ora e in futuro, faranno uso di computer di bordo relativamente potenti. Come spiega Paul Williamsen di Lexus, "Il veicolo che abbiamo mostrato al CES ha in realtà un numero di computer ad alta potenza nel bagagliaio dell'auto, computer che tu ed io potremmo avere sul tuo desktop."

Al contrario, i computer che attualmente occupano spazio nei nostri veicoli sono relativamente ottusi al confronto, come spiega ulteriormente Williamsen, “i computer più potenti computer in un veicolo convenzionale è un computer molto semplice, perché abbiamo bisogno di un'assoluta e completa affidabilità, funzionano a una velocità di clock abbastanza lenta, funzionano a una velocità quantità di memoria piuttosto bassa e con un numero abbastanza semplice di parole nella loro programmazione totale e questo perché abbiamo bisogno di livelli assoluti di ancoraggio della barca affidabilità"

“Per la ricerca sui veicoli autonomi utilizziamo computer… che sono centinaia o migliaia di volte più potenti per eseguire l’elaborazione mettere insieme le informazioni delle complesse immagini LIDAR e le informazioni che otteniamo da più sensori radar a onde millimetriche.

Guida, meno l'autista

Quindi abbiamo LIDAR, abbiamo il radar a onde millimetriche e abbiamo un onnipotente cervello Autobot che gestisce lo spettacolo. Ma cosa sta effettivamente spingendo Miss Daisy al digitale? Affinché un veicolo autonomo funzioni, deve essere controllato elettronicamente, automaticamente o, per prendere in prestito un termine molto più fantascientifico, roboticamente. Questi “robot” non rovesceranno il governo, ma si prenderanno invece cura di tutte le minuzie della guida. Inoltre, devono lavorare tutti all’unisono e, cosa forse ancora più importante, indipendentemente da qualsiasi input umano.

Nel caso di Toyota/Lexus, i suoi veicoli, vale a dire i veicoli ibridi, hanno già ciò a cui fa riferimento l’azienda come un “sofisticato sistema ibrido” in grado di controllare elettronicamente frenata, sterzo e accelerazione. Questo particolare ambito della tecnologia dei veicoli autonomi è essenziale ed è uno dei motivi per cui Google utilizza gli ibridi Toyota/Lexus. Il colosso di Internet non ha bisogno di sviluppare una propria interfaccia controllata elettronicamente, ma semplicemente trovare un modo per decodificare le comunicazioni che gli consentono di creare vari sterzo, acceleratore e frenata comandi.

Sebbene LIDAR sia sicuramente il pezzo visivamente più importante della tecnologia senza conducente, ogni aspetto di un veicolo autonomo è delicatamente intrecciato con questo centrotavola rotante. I controlli dello sterzo automatizzato dipendono dal radar a onde millimetriche, mentre il LIDAR montato sul tetto raccoglie e mappa freneticamente informazioni vitali. Tali informazioni devono essere elaborate, calcolate e infine restituite ai controlli automatizzati; completando così questo cerchio felice di magia automobilistica.

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