ساخت حسگر راداری میلی‌متری کم‌مصرف برای کاهش نقاط کور خودرو‌های خودران!

به گزارش مجله خبری نگار/ایسکانیوز، خودرو‌های خودران (AV) به طور فزاینده‌ای در جاده‌ها دیده می‌شوند، اما ایمن‌تر کردن آنها فقط به ارتقای تجهیزات داخل خودرو محدود نمی‌شود و نیازمند بهبود زیرساخت‌های جاده‌ای نیز هست. با این حال، دانشمندان دانشگاه رایس آمریکا یک حسگر راداری میلی‌متری کم مصرف و به اندازه یک پرتقال طراحی کرده‌اند که می‌تواند اطلاعات حیاتی درباره ترافیک اطراف را در اختیار خودرو‌های خودران مجهز به رادار قرار دهد و دقت سامانه‌های تشخیص آنها را گسترش دهد و تقویت کند.

این حسگر‌های کم حجم و کم هزینه می‌توانند در نقاط کلیدی مانند چراغ‌های راهنمایی و تقاطع‌ها نصب شوند و اطمینان دهند که خودرو‌های خودران هرگز از موانع ناگهانی غافل نمی‌شوند؛ حتی زمانی که آن موانع خارج از برد حسگر‌های خود خودرو باشند یا دید به دلیل شرایط نامساعد به‌شدت محدود شده باشد.

کان وو چو، پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه رایس و سرپرست این پروژه با نام «آی‌دار» یا EyeDAR، این فناوری را در کارگاه بین‌المللی HotMobile (کارگاه سیستم‌ها و کاربرد‌های رایانش سیار) که ۲۵ تا ۲۶ فوریه در آتلانتا برگزار شد، معرفی کرد. نتایج این پژوهش در مجموعه مقالات بیست و هفتمین کارگاه بین‌المللی سیستم‌ها و کاربرد‌های رایانش سیار منتشر شده است.

چو می‌گوید: سامانه‌های حسگری فعلی خودرو‌ها مانند دوربین و لیدار در شرایط دید ضعیف -مثلاً باران، مه یا نور کم- با مشکل مواجه می‌شوند. اما این رادار در همه شرایط آب‌وهوایی و نوری به طور قابل اعتماد کار می‌کند و حتی می‌تواند از میان برخی موانع نیز ببیند.

رادار چگونه کار می‌کند؟

سامانه‌های راداری سیگنال‌هایی را در یک جهت مشخص ارسال می‌کنند. هنگامی که این سیگنال‌ها به مانعی برخورد می‌کنند، بخشی از آنها به منبع بازمی‌گردد و اطلاعاتی درباره موقعیت و ویژگی‌های مانع حمل می‌کند. با این حال، تنها بخش کوچکی از سیگنال بازتاب می‌شود و بخش عمده آن در جهات دیگر پراکنده می‌شود.

در خودرو‌های خودران، این موضوع به معنای آن است که بخش بزرگی از سیگنال راداری منتشرشده توسط خودرو پراکنده می‌شود و تصویری ناقص از محیط اطراف باقی می‌گذارد. برای مثال، عابری که از پشت یک خودروی بزرگ بیرون می‌آید، خودرویی که به آرامی در تقاطع جلو می‌رود یا دوچرخه‌سواری که از زاویه‌ای غیرمنتظره نزدیک می‌شود، ممکن است به‌راحتی دیده نشوند.

نقش EyeDAR در کاهش نقاط کور

به دلیل نصب EyeDAR روی زیرساخت‌هایی مانند چراغ‌های راهنمایی، تابلو‌های ایست یا تیر‌های چراغ برق، این حسگر می‌تواند بازتاب‌هایی را دریافت کند که در غیر این صورت از دست می‌رفتند. ساختار منحصر‌به‌فرد دستگاه به آن اجازه می‌دهد جهت سیگنال‌های بازتابی را تشخیص دهد و این اطلاعات را به خودرو‌های خودران گزارش دهد.

چو می‌گوید: این فناوری مثل اضافه کردن یک جفت چشم دیگر به سامانه راداری خودرو است.

طراحی الهام گرفته از چشم انسان

EyeDAR طراحی ساده و هوشمندانه‌ای دارد که از یکی از کارآمدترین حسگر‌های طبیعی -چشم انسان- الهام گرفته است. این دستگاه از ۲ بخش اصلی تشکیل شده است:

یک عدسی لونبرگ سه‌بعدی چاپ شده از رزین که مانند عدسی چشم عمل می‌کند و سیگنال‌های ورودی از هر جهت را روی نقطه‌ای در سطح مقابل متمرکز می‌کند.

آرایه‌ای از آنتن‌ها در پشت عدسی که مانند شبکیه عمل می‌کند و سیگنال را تشخیص می‌دهد و جهت آن را تعیین می‌کند.

Extra 'set of eyes' for self-driving cars: Roadside radar sensors could reduce blind spots

برخلاف سامانه‌های راداری متداول که برای تخمین زاویه به آرایه‌های بزرگ آنتنی و الگوریتم‌های پیچیده متکی هستند، طراحی فیزیکی EyeDAR بخش عمده محاسبات مربوط به تعیین جهت را به صورت سخت‌افزاری انجام می‌دهد؛ کاری که معمولاً از پرمصرف‌ترین و داده‌برترین مراحل پردازش رادار است.

چو توضیح می‌دهد: عدسی ما از بیش از هشت هزار عنصر بسیار کوچک با شکل‌های منحصر‌به‌فرد و ضریب شکست متغیر تشکیل شده است.

توزیع هدفمند این عناصر باعث می‌شود ساختار عدسی به طور هوشمند با سیگنال‌های ورودی تعامل کند و آنها را به نقطه مناسب روی آرایه آنتنی هدایت کند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که EyeDAR می‌تواند جهت اهداف را بیش از ۲۰۰ برابر سریع‌تر از طراحی‌های سنتی رادار تشخیص دهد.

ارتباط بدون ارسال سیگنال جدید

یکی از ویژگی‌های جالب EyeDAR این است که بدون ارسال سیگنال تازه ارتباط برقرار می‌کند. این حسگر به طور متناوب امواج راداری دریافتی را جذب می‌کند و سپس آنها را به شکلی بازتاب می‌دهد که رادار منبع بتواند آن را به‌صورت دنباله‌ای از صفر و یک تفسیر کند.

چو این فرآیند را چنین توصیف می‌کند: مثل چشمک زدن به زبان مورس. EyeDAR یک حسگر سخنگو است -نمونه‌ای نخستین از ادغام قابلیت حسگری راداری و ارتباطی در یک طراحی واحد.

کاربرد‌ها و آینده فناوری

ترکیب حسگری و ارتباط در قالبی فشرده، کم هزینه و کم مصرف، امکان نصب تعداد زیادی از این حسگر‌ها در سطح شهر را فراهم می‌کند. برای خودرو‌های خودران، این سامانه به‌ویژه در محیط‌های شهری پرترافیک و متراکم بسیار مفید خواهد بود.

با این حال، دامنه کاربرد EyeDAR بسیار گسترده‌تر است و می‌تواند در ربات‌ها، پهپاد‌ها و حتی تجهیزات پوشیدنی ادغام شود. شبکه‌ای از این حسگر‌ها می‌تواند با یکدیگر تبادل اطلاعات داشته باشد و به هر دستگاه اجازه دهد فراتر از محدوده دید مستقیم خود «ببیند».

چو تأکید می‌کند که از منظر رایانشی نیز این پروژه اهمیت دارد. او معتقد است با گسترش تعامل مستقیم سامانه‌های خودکار با انسان‌ها، طراحی فیزیکی هوشمند باید در کنار هوش مصنوعی قرار گیرد.

او می‌گوید: آی‌دار نمونه‌ای از چیزی است که من آن را «رایانش آنالوگ» می‌نامم. در ۲ دهه گذشته تمرکز اصلی بر جنبه‌های دیجیتال و نرم‌افزاری محاسبات بوده و بخش سخت‌افزار آنالوگ کمتر مورد توجه قرار گرفته است. من می‌خواهم این فضای طراحی آنالوگِ مغفول را بیشتر کاوش کنم.