Entenda como um carro autônomo “enxerga”

Um veículo autônomo, é conhecido como veículo robótico, ou seja, um veículo sem motorista. Nessa definição, se enquadra qualquer veículo terrestre com capacidade de transporte de pessoas ou bens sem a utilização de um condutor humano.

Antes de passar por qualquer barreira encontrada no caminho, o carro precisa identificar o tamanho, forma e posição deles para que seus algoritmos de controle possam traçar o rumo mais seguro. Ele precisa solucionar o problemas, ou seja achar uma alternativa para não causar acidente, em uma fração de segundo, independente do ambiente, do clima ou quanto esteja escuro.

Como o carro detecta os obstáculos

Tá certo que essa é uma tarefa difícil, mas é possível ser solucionada com a ajuda de duas coisas: um tipo especial de sensor a laser chamado LIDAR, e uma versão em miniatura da tecnologia de comunicações que mantém a internet ativa, chamada fotônica integrada.

A técnica do LIDAR (sigla para o termo em inglês Light Detection And Ranging) é similar à do radar. O radar baseia-se na emissão de ondas de rádio e detecção das ondas que retornam de um objeto. Dependendo do comprimento e da intensidade das ondas refletidas – e recebidas por um sensor -, pode-se calcular a distância de um objeto, seu tamanho, velocidade, entre outras variáveis.

No LIDAR é feito um processo semelhante, mas com a emissão de pulsos de luz por um laser. Até então, essa técnica, criada há décadas, só era usada para mapear o ar da atmosfera, incluindo o monitoramento das mudanças climáticas, analisando a concentração de compostos gasosos e partículas.

Como funciona o sistemas de detecção

Na aviação, as antenas de radar lançam pulsações de rádio ou microondas aos aviões para descobrir suas localizações, cronometrando quanto tempo os feixes de luz levam para retornar. Porém, esse é um modo limitado de verificação, pois a grande extensão do feixe não consegue visualizar detalhes precisos.

Em contraste, o sistema LIDAR usa um laser infravermelho estreito e invisível, que pode visualizar aspectos tão pequenos quanto o botão da camisa de um pedestre do outro lado da rua.

O LIDAR dispara uma sucessão de pulsações de laser extremamente curtas para dar resolução de profundidade. Enquanto o carro passa na estrada, uma pulsação LIDAR atinge a base dos obstáculos encontrados na via, enquanto a próxima pulsação pode chegar até a ponta final do objeto antes de voltar. A medição do tempo que a segunda pulsação leva para retornar fornece dados sobre a forma do objeto. Com muitas pulsações curtas, um sistema LIDAR renderiza rapidamente um perfil detalhado.

A maneira mais óbvia de criar uma pulsação de luz é ligar e desligar um laser. Porém isso deixa o laser instável e afeta o tempo preciso de suas pulsações, o que limita a resolução da profundidade. O melhor jeito é criar essas pulsações é com um modulador Mach-Zehnder. É aí que entram os fotônicos integrados.

O modulador Mach-Zehnder faz uso das ondas de interferência, ele divide ondas de luz ao longo de dois braços paralelos e, por fim, volta a reuni-las. Se a luz for retardada e atrasada em um braço, as ondas se recombinam fora de sincronia e desaparecem, bloqueando a luz. Ao controlar esse atraso em um braço, o modulador age como um interruptor liga/desliga, emitindo pulsações de luz. Uma pulsação de luz com duração de 100 picossegundos leva a uma resolução de profundidade de alguns centímetros, mas isso não é o bastante para um carro autônomo.

Porém, se juntar o modulador com um detector de luz supersensível e de ação rápida, a resolução pode ser aperfeiçoada para um milímetro. Isso é 100 vezes melhor do que a nosso visão.

Carros com sistema LIDAR

A primeira geração de automóveis LIDAR conta com conjuntos giratórios complexos que escaneiam a partir do topo ou capota do carro. Mas com a fotônica integrada, moduladores e detectores estão sendo reduzidos a menos de um décimo de milímetro e acondicionados em minúsculos chips que, um dia, caberão dentro dos faróis de um carro. Esses chips também incluirão uma variação inteligente no modulador para ajudar a eliminar partes móveis e digitalizar em velocidades rápidas.

Ao desacelerar apenas um pouco a luz em um braço do modulador, esse dispositivo adicional atuará mais como regulador de intensidade do que como interruptor liga/desliga. Se um conjunto de muitos desses braços, cada um com um pequeno atraso controlado, for montado em paralelo, algo novo pode ser projetado: um feixe de laser direcionável.

A partir daí, os carros autônomos inteligentes vão poder analisar e enxergar mais profundamente do que qualquer coisa existente nesse mundo, e assim irá conseguir atravessar quaisquer obstáculos encontrado no trajeto, sem que ninguém se esforce.