Sensorer til selvkjørende biler

Ny sensor skal gjøre det mulig for biler å se gjennom tåke

Registrerer omgivelsene på kortere bølgelengder enn en konvensjonell lidar-sensor.

Forskere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) har utviklet en sensor som benytter sub-terahertz bølgelengder - mellom mikrobølger og infrarød stråling på det elektromagnetiske spekteret.
Forskere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) har utviklet en sensor som benytter sub-terahertz bølgelengder - mellom mikrobølger og infrarød stråling på det elektromagnetiske spekteret. (Illustrasjonsfoto: Leif Schack-Nielsen/NTB Scanpix)

Registrerer omgivelsene på kortere bølgelengder enn en konvensjonell lidar-sensor.

  • Motor

Når tåka legger seg, må de fleste bilprodusenter innstille testingen av selvkjørende biler, fordi de bruker lidar-sensorer for å finne fram i trafikken. En av de helt store utfordringene ved å bruke lidar-sensorer – altså lysbaserte bildesensorer – er nemlig at de har vansker med å fungere gjennom tåke.

En gruppe forskere fra amerikanske Massachusetts Institute of Technology (MIT) har undersøkt metoder for å supplere lidarer, og har endt opp med å utvikle en sensor som benytter sub-terahertz bølgelengder. Disse befinner seg mellom mikrobølger og infrarød stråling på det elektromagnetiske spekteret.

Dette ville innebære at sensoren er i stand til å se gjennom tåke og støv på en måte som den infrarøde lidaren har problemer med.

Den nye sensor-chipen fungerer på den samme måten som en lidar, hvor det sendes ut laserlys, og en sensor registrerer tiden til refleksjonene. Denne avstandsmålingen brukes til å lage et 3D-bilde av omgivelsene, og det kan en bil bruke til å navigere etter.

I en artikkel som kommer ut senere i år i IEEE Journal of Solid-State Circuits, beskriver forskerne en todimensjonal sub-terahertz-mottaker på en liten brikke som er mer følsom, noe som innebærer at den bedre kan fange opp og tolke signalene, selv om det er signalstøy som for eksempel tåke og støv.

Konkret har de utviklet en 32-pikslers matrise som er integrert på en 1,2 millimeter stor, firkantet brikke.

Teknologien krymper: Svensker presser lidar-teknologi inn i mikrobrikke

Supplement til lidar

Disse bilde-pikslene burde bli omkring 4300 ganger mer følsomme enn de eksisterende brikke-baserte sub-terahertz sensorene. Det mangler likevel fortsatt en del utvikling før de kan masseproduseres til for eksempel selvkjørende biler og roboter.

«En stor motivasjon for jobben vår er å gi bedre «elektroniske øyne» til autonome kjøretøyer og droner. De billige brikke-baserte sub-terahertz sensorene våre vil spille en komplementær rolle til lidar når miljøet er tøft,» sier Ruonan Han, som er lektor og direktør for Terahertz Integrated Electronics Group på MIT Microsystems Technology Laboratories (MTL) i en pressemelding.

I dag bruker mange bilprodusenter radar-teknologi som bruker radiobølger til å måle avstander, for å kompensere for lidar-teknologiens manglende evner til å se gjennom tåke og støv i navigasjonssystemer i biler.

Men det er ikke fullt så enkelt at man bare kan erstatte en radar med et mindre sensor-system som fungerer omtrent som lidar-sensorer, men på kortere bølgelengder.

For å kunne kjenne igjen bildeobjekter nøyaktig, er det i dag gjerne behov for å kunne ha et sterkt signal fra sensoren til prosessor-enheten. Disse enhetene er i dag store, dyre og energikrevende.

Når man som MIT-forskerne utvikler nye, mindre brikke-basere sensorer, blir signalet som oftest også svakere.

Desentral brikkekonstruksjon

Løsningen på den utfordringen kan, ifølge MIT-artikkelen, være et desentralt system hvor hver enkelt bilde-piksel sender over sitt eget signal. Det kan best sammenlignes med et sprinkleranlegg til kunstig vanning.

Lidar

Lidar (Light Detection and Ranging) er en sensor-teknologi beregnet til avstandsmålinger. Den virker ved at det sendes ut laser-pulser med høy frekvens, samtidig med at de enkelte pulsene – vanligvis ved hjelp av et speil – dreies ut i forskjellige retninger. Den tiden som det tar for de enkelte pulsene å treffe et objekt og bli reflektert til laseren, brukes til å beregne avstanden. Montert i selvkjørende biler fungerer lidar altså som bilens øye, som kan oppfatte verden rundt seg og velge en handling.

I et tradisjonelt vanningssystem pumpes det vann fra en pumpe gjennom et nettverk av rør som leder vannet ut gjennom en rekke små sprinklere. Det betyr at trykket i den enkelte sprinkleren er lavere enn det som kommer fra pumpen. Hvis trykket skal være like høyt i alle sprinklerne, krever det et kontrollsystem.

Her konstruerer MIT brikken slik at hver «sprinkler» har sin egen pumpe, samtidig som det kommuniseres mellom «sprinklerne» for å rette inn signalet.

«Med vår konstruksjon er det i bunn og grunn ingen grenser for skalerbarheten. Du kan benytte så mange enheter du vil, og hver enhet pumper fremdeles ut den samme mengden vann, og alle pumpene fungerer likt, sier Ruonan Han ifølge pressemeldingen.

«Vi har konstruert en multifunksjonell komponent til et desentralisert design på en brikke, og kombinerer et par diskrete strukturer for å krympe størrelsen på hver enkelt piksel. Selv om hver piksel utfører kompliserte oppgaver, opprettholdes kompaktheten, slik at vi fremdeles har en høy tetthet i stor skala,» sier Ruonan Han.

Saken ble først publisert på ing.dk.

Kommentarer (5)

Kommentarer (5)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå