Учені адаптували оптичні модеми для створення надточних лідарів

Три в одному: новий лідар здатний одночасно визначати координати, швидкість та тип матеріалу об'єктів

Джерело: techxplore.com

• Підписуйтеся на наш телеграм-канал https://t.me/VisicomAPI

Міжнародна група дослідників з Університету Торонто (Канада) та технологічної компанії Ciena Corporation розробила принципово новий тип лідара (оптичного локатора). На відміну від більшості комерційних систем, які лише вимірюють відстань для створення 3D-карт, новий пристрій здатний одночасно фіксувати розташування об'єкта, його швидкість та фізичні властивості поверхні. Ця технологія, детально описана в журналі Optica, може суттєво покращити сприйняття навколишнього середовища роботами, системами дистанційного зондування та безпілотними автомобілями.

Головна інновація полягає в адаптації стандартного телекомунікаційного обладнання для потреб лазерного сканування. Вчені використали когерентний оптичний модем — пристрій, який масово застосовується для передачі інтернет-трафіку між містами та континентами. Оскільки такі модеми вміють з надзвичайною швидкістю та точністю керувати різними характеристиками світла (частотою, фазою, амплітудою та поляризацією), вони ідеально підійшли для вирішення складних інженерних завдань, з якими стикається сучасна робототехніка.

Принцип роботи системи базується на підсвічуванні цілі лазерним променем, який випадковим чином модулюється з колосальною швидкістю — десятки мільярдів разів на секунду — у двох перпендикулярних каналах поляризації. Тоді як звичайні лідари вимірюють лише час затримки повернення світла для розрахунку відстані, канадська розробка додатково аналізує, як саме змінюються поляризаційні властивості променя після взаємодії з поверхнею. Це дозволяє миттєво зчитувати комплексні дані про кожну скановану точку з міліметровою точністю.

Для обробки такого масиву інформації дослідникам довелося створити унікальні обчислювальні алгоритми. Раніше подібні системи страждали від сильних оптичних спотворень і шумів, які створювали внутрішні лінзи самого пристрою. Нова математична модель поширення світла навчилася відокремлювати корисний сигнал від внутрішніх перешкод апаратури. Під час тестових випробувань у контрольованих умовах цей метод продемонстрував значно кращі результати, ніж традиційні лідари, особливо в зонах зі слабким сигналом та за умов надто яскравого сонячного світла.

У ході експериментів оновлений лідар успішно розпізнав текстуру та тип повсякденних матеріалів, включаючи різні види металів, пластику та поверхонь з різним ступенем шорсткості. Ба більше, аналіз поляризаційних візерунків лазерного випромінювання дозволив пристрою ефективно «бачити» крізь розсіювальні середовища з високою оптичною щільністю. Це означає, що система зберігає працездатність навіть тоді, коли видимість для людського ока або звичайних камер заблокована щільним туманом, сильною зливою, пилом або світловими відблисками.

Наразі розробка перебуває на стадії дослідницького прототипу, проте вчені вже працюють над розширенням смуги пропускання апаратної частини та прискоренням передачі даних. Мета команди — забезпечити миттєве фіксування динамічних сцен у реальному часі. Успішна комерціалізація цієї безформної технології відкриє шлях до створення надійнішого штучного інтелекту для машин, що зробить автономний транспорт безпечнішим, а промислову інспекцію на заводах — максимально автоматизованою.