Автономните превозни средства стават все по-често срещани по пътищата, но за да бъдат напълно безопасни, може да се наложат мерки отвъд типичните им спецификации и да се подобри пътната инфраструктура.
EyeDAR, нискоенергиен милиметров радар с размерите на портокал, би могъл да предостави на автономните коли критични данни за околния трафик, разширявайки и подобрявайки точността на засичане на превозните средства.
Разположени на ключови места като улични лампи и кръстовища, подобни едва забележими, евтини сензори биха могли да гарантират, че автономните возила никога няма да пропуснат да засекат нововъзникващи препятствия, дори когато не са в обхвата на бордовите сензори на превозните средства или когато видимостта е силно ограничена.
„Съвременните автомобилни сензорни системи като камери и лидар имат проблем при лоша видимост, каквато е налице при дъжд или мъгла или при условия на слаба осветеност“, казва Кун У Чо, постдокторант в университета Райс, който ръководи изследователския проект EyeDAR.
„Радарът, от друга страна, работи надеждно при всякакви метеорологични условия и условия на осветление и дори може да вижда през препятствия“, допълва той.
Радарните системи предават сигнали в дадена посока и когато този сигнал срещне препятствие по пътя си, част от него се отразява обратно към източника, носейки информация за препятствието. Само малка част от излъчения радарен сигнал обаче се отразява обратно. По-голямата част от него всъщност се отразява от устройството-източник.
В контекста на автономните превозни средства това означава, че голяма част от радарния сигнал, излъчван от техния сензорен стек, се разсейва далеч от превозното средство, оставяйки го с непълна „представа“ за обкръжението.
Пешеходци, излизащи иззад големи превозни средства, автомобили, пълзящи напред на кръстовища, или велосипедисти, приближаващи се под странни ъгли, лесно могат да останат незабелязани.
Благодарение на разположението си върху крайпътна инфраструктура като светофари, стълбове на пътни знаци или улично осветление, EyeDAR може да улавя радарни отражения, които иначе биха били загубени.
Уникалната структура на устройството му позволява да определи посоката на отразените сигнали и да докладва тази информация обратно на автономните превозни средства.
„Това е като добавянето на още един чифт очи за автомобилните радарни системи“, каза Чо, който е специализиран в проектирането на метаматериални антени.
EyeDAR се гордее с опростен, елегантен дизайн, вдъхновен от високоефективен сензор от реалния свят – човешкото око. Устройството се състои от два основни компонента:
3D-принтирана леща Luneberg, изработена от смола, функционира подобно на лещата на окото, фокусирайки входящите сигнали от всяка посока върху фокусна точка на противоположната повърхност;
Вторият компонент е антенна решетка, обграждаща лещата в задната част, която функционира като ретина, откривайки сигнала и определяйки неговата посока.
Докато конвенционалните радарни системи разчитат на големи антенни решетки и сложни алгоритми за оценка на ъглите, физическият дизайн на EyeDAR извършва по-голямата част от изчислителната работа, обикновено необходима за определяне на посоката – една от най-енергийно и информационно интензивните задачи в радарната обработка.
„Нашата леща се състои от над 8000 уникално оформени, изключително малки елемента с различен коефициент на пречупване“, разказва Чо.
Чрез целенасочено разпределение на тези елементи структурата на лещата взаимодейства с входящите радарни сигнали по интелигентен начин, насочвайки ги към правилното място върху антенната решетка.
Подходът се оказва плодотворен: при тестове EyeDAR успява да разреши посоките на целта повече от 200 пъти по-бързо от традиционните радарни конструкции.
Освен това, EyeDAR съобщава това, което вижда, без да предава нови сигнали. Вместо това сензорът редува абсорбирането на входящи радарни вълни и отразяването им обратно към радара-източник във форма, която може да интерпретира като поредица от 0 и 1.
„Това е като мигащ морзов код“, казва Чо. „EyeDAR е говорещ сензор – това е първи случай на интегриране на радарно наблюдение и комуникационна функционалност в един дизайн“.
Тази комбинация от наблюдение и комуникация в компактна, евтина и енергоспестяваща архитектура прави възможно разполагането на голям брой сензори по пътищата.
В случая с автономните автомобили системата обещава да бъде особено полезна в гъста градска среда с интензивен трафик.
Потенциалното пространство за приложение обаче е много по-широко: EyeDAR може да бъде интегрирана в роботи, дронове и носими платформи.
Мрежите от тези сензори биха могли също да споделят информация помежду си, позволявайки на всяко устройство да вижда далеч отвъд собствения си обхват на видимост.
