LIDAR, lasers e lógica: anatomia de um veículo autônomo

Os veículos autônomos estão recebendo muita atenção ultimamente e, se isso durar CES profetizou qualquer coisa, é que essa tendência tecnológica tem um grande alcance. Com empresas como Audi, Lexus, e Google explorando formas de levar a experiência de condução para o século XXI, não estamos longe de um futuro onde a condução será feita pela máquina – e não pelo homem. Mas antes que você possa correr para o revendedor local (brincadeirinha; nenhum deles está em seu revendedor local) para dar uma olhada em nossos senhores supremos automatizados, você notará uma semelhança impressionante em praticamente todos os modelos: o LIDAR. Nós sabemos o que você está pensando: O quê-DAR?

Lasers Frikkin

Uma das peças de equipamento mais integrais, caras e visíveis encontradas em um veículo autônomo é o sensor LIDAR montado no teto, semelhante à Estrela da Morte. LIDAR, que significa Light Detection and Ranging, é uma tecnologia de sensoriamento remoto que mede e mapeia a distância até os alvos, bem como outras características de propriedade dos objetos em seu caminho. O LIDAR essencialmente mapeia seus arredores iluminando seus alvos com luz laser e depois analisando essa luz para criar uma imagem digital de alta resolução.

Embora os sensores LIDAR sejam empregados em praticamente todos os veículos de pesquisa autônomos, a tecnologia já apareceu em carros com sistemas de controle de cruzeiro adaptativo (ACC).

Nos veículos com ACC, um dispositivo LIDAR montado na frente do veículo, como o para-choque, é utilizado para monitorar a distância entre aquele veículo e qualquer carro à sua frente. Se o veículo da frente desacelerar ou se aproximar demais, o ACC aplica os freios de forma independente para desacelerar o veículo. Quando as condições da estrada melhoram, o ACC permite que um veículo acelere até uma velocidade predefinida pelo motorista. Consulte minha análise do Mercedes SL550 2013 para ver um exemplo de veículo com controle de cruzeiro adaptativo.

No entanto, os sensores LIDAR montados no telhado funcionam de maneira um pouco diferente e se comportam de maneira semelhante ao que você veria no topo de uma instalação de satélite em um campo de aviação ou a bordo de um pequeno navio de pesca.

Aqui temos uma antena de baixa rotação (digamos 1 rpm) reunindo alvos de longo alcance e baixa resolução de outros objetos (outras embarcações ou aeronaves, por exemplo). Este feedback de baixa resolução pode funcionar para instalações estacionárias, mas os veículos precisam de imagens de resolução muito mais alta e a um alcance muito mais próximo.

Embora não sejam números oficiais, o rpm conta, digamos, Veículo AASRV da Lexus, mostrado na CES, pode girar a 600 rpm. Este aumento nas rpms permite ao veículo mapear o seu entorno com maior detalhe, velocidade (menos de um dezenas de milissegundos) e precisão, que é essencial em uma estrada onde as condições são constantemente mudando.

Atualmente, os sensores LIDAR não são construídos internamente, mas estão disponíveis comercialmente – e são caros. Ah, muito caro. Um sensor Velodyne topo de linha, por exemplo, pode custar US$ 70 mil por unidade e pode ser encontrado girando hipnoticamente sobre os veículos de pesquisa do Google, Lexus e Audi.

Roteiro para a autonomia

LIDAR pode ser a peça mais notável de tecnologia sem motorista, mas como Paul Williamsen, Gerente Global de Educação e Treinamento para a Lexus International, me diz, a anatomia dos veículos autônomos, incluindo o LIDAR, abrange quatro aspectos relativamente amplos domínios:

• Criar um veículo no qual você possa controlar a direção, a entrega de potência e a frenagem – tudo automaticamente.
• Tecnologia que permite ao veículo sentir o ambiente ao seu redor
• O processamento – o que esse veículo determina, que decisões ele toma com base na percepção do que está acontecendo ao seu redor
• A saída – quais ações o veículo realiza com base nesse processamento

A onda do futuro

Além do LIDAR fornecer feedback sensorial, os veículos autônomos empregam uma tecnologia não tão nova chamada radar de ondas milimétricas, que envolve vários sensores infravermelhos e ópticos colocados na frente, nas laterais e na parte traseira quartos de um veículo.

Como você sem dúvida se lembrará das aulas de ciências do ensino médio, o radar de ondas milimétricas emite frequências extremamente altas (curtas). comprimentos de onda, que são ideais para detectar objetos (carros, pedestres e animais de grande porte) nas proximidades imediatas de um veículo proximidade.

Sensores infravermelhos e ópticos já estão presentes nos atuais veículos Audi, Lexus, Acura, Subaru e Mercedes. LS 460 2013 da Lexus, por exemplo, ostenta o chamado Sistema Avançado de Pré-Colisão (A-PCS). Isso funciona em conjunto com radar de ondas milimétricas, projetores infravermelhos próximos frontais e uma câmera estéreo montada na frente. Essencialmente, o A-PCS foi projetado para evitar colisões em baixa velocidade, examinando veículos nas proximidades próximas e distantes, determinando colisões potenciais, e emitir indicadores audiovisuais em caso de perigo e, eventualmente, operar de forma autônoma, aplicando contramedidas de frenagem de emergência.

Como você pode ver, a tecnologia de veículos autônomos é uma mistura de protocolos de detecção e processamento. Embora sensores de radar de ondas milimétricas possam ser colocados dentro e ao redor do veículo, exemplos como os vistos nos protótipos do Google e da Lexus, normalmente apresentam ainda mais sensores pendurados em suportes do veículo pára-choques. Isso permite uma detecção de radar ainda maior nas laterais do veículo, em vez de apenas na frente. Dessa forma, as informações podem ser coletadas com precisão em faixas adjacentes, ruas transversais e cruzamentos.

Os cérebros do grupo

É claro que toda esta informação precisa de ser recolhida e processada, razão pela qual os veículos autónomos, agora e no futuro, farão uso de computadores de bordo relativamente potentes. Como explica Paul Williamsen, da Lexus: “O veículo que mostramos na CES, na verdade, tem vários computadores de alta potência no porta-malas do carro, computadores que você e eu podemos ter em sua área de trabalho”.

Em contraste, os computadores que actualmente ocupam espaço nos nossos veículos são relativamente estúpidos em comparação, como Williamsen explica ainda, “os computadores mais poderosos O computador em um veículo convencional é um computador muito simples, porque precisamos de confiabilidade total e absoluta, eles funcionam a uma velocidade de clock bastante lenta, funcionam a uma velocidade quantidade bastante baixa de memória e com um número bastante simples de palavras em sua programação total e isso porque precisamos de níveis absolutos de âncora de barco confiabilidade"

“Para a pesquisa de veículos autônomos estamos usando computadores… que são centenas ou milhares de vezes mais poderosos para fazer o processamento, para reunir as informações das imagens LIDAR complexas e as informações que obtemos de vários sensores de radar de ondas milimétricas.”

Dirigindo, menos o motorista

Portanto, temos LIDAR, temos radar de ondas milimétricas e temos um cérebro Autobot todo-poderoso comandando o show. Mas o que realmente está impulsionando a Miss Daisy digital? Para que um veículo autônomo funcione, ele precisa ser controlado eletronicamente, automaticamente, ou, tomando emprestado um termo muito mais de ficção científica, roboticamente. Esses “robôs” não derrubarão o governo, mas, em vez disso, assumirão gentilmente todas as minúcias da direção. Mais do que isso, todos precisam de trabalhar em uníssono e, talvez mais importante, independentemente de qualquer intervenção humana.

No caso da Toyota/Lexus, os seus veículos, nomeadamente os seus veículos híbridos, já possuem aquilo a que a empresa se refere como um “sistema híbrido sofisticado” capaz de controlar eletronicamente a frenagem, direção e aceleração. Este domínio específico da tecnologia de veículos autônomos é essencial e é uma das razões pelas quais o Google utiliza híbridos Toyota/Lexus. Ao fazê-lo, o gigante da Internet não precisa de desenvolver a sua própria interface controlada electronicamente, mas simplesmente descobrir uma maneira de fazer engenharia reversa das comunicações que permitem criar várias direções, aceleração e frenagem comandos.

Embora o LIDAR seja certamente a peça visualmente mais proeminente da tecnologia sem motorista, todos os aspectos de um veículo autônomo estão delicadamente entrelaçados com esta peça central giratória. Os controles de direção automatizados dependem do radar de ondas milimétricas, enquanto o LIDAR montado no teto coleta e mapeia freneticamente informações vitais. Essas informações precisam ser processadas, calculadas e, em última análise, devolvidas aos controles automatizados; completando assim este círculo tranquilo de magia automotiva.

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