Estos sensores en la niebla podrían hacer más seguro el transporte en el futuro

Tecnología

Los drones autónomos y los taxis autónomos que pueden operar con seguridad en la niebla pueden parecer futuristas, pero una nueva investigación en la instalación de niebla de Sandia National Laboratories está acercando el futuro. La niebla puede hacer que los viajes por agua, aire y tierra sean peligrosos cuando es difícil para las personas y los sensores detectar objetos. Los investigadores de la instalación de niebla de Sandia están abordando ese desafío a través de una nueva investigación óptica en imágenes computacionales y al asociarse con investigadores de la NASA que trabajan en Advanced Air Mobility, Teledyne FLIR y otros para probar sensores en niebla personalizada que se puede medir y producir repetidamente bajo demanda.

“Es importante mejorar los sensores ópticos para percibir e identificar mejor los objetos a través de la niebla para proteger la vida humana, prevenir daños a la propiedad y habilitar nuevas tecnologías y capacidades”, dijo Jeremy Wright, ingeniero óptico.

Construida en 2014, la cámara de niebla de Sandia mide 180 pies de largo, 10 pies de alto y 10 pies de ancho. La cámara está revestida con láminas de plástico para atrapar la niebla.

Cuando el equipo comienza una prueba, 64 boquillas silban mientras rocían una mezcla personalizada de agua y sal. A medida que el rocío se esparce, la humedad se acumula y se forma una niebla espesa. Pronto, un observador en el interior no podrá ver las paredes, el techo o la entrada a través del aerosol y las personas y los objetos a unos pocos metros de distancia quedarán oscurecidos o completamente ocultos.

Los investigadores de Sandia miden cuidadosamente las propiedades de la niebla a lo largo del tiempo para comprender cómo se forma y cambia. Al ajustar los parámetros ambientales, los investigadores pueden cambiar las propiedades de la niebla para adaptarse mejor a la niebla natural.

“Nuestro equipo puede medir y caracterizar completamente la niebla que producimos en la instalación, y podemos generar niebla similar repetidamente en diferentes días”, dijo Andrés Sánchez, ingeniero químico. “Tener condiciones consistentes y medibles es importante cuando estamos probando cómo funcionan los sensores en la niebla”.

Permitiendo operaciones seguras en todo clima para vehículos, aviones y drones autónomos

Testing sensors in fog to make future transportation safer
El equipo de investigación revisa los datos provenientes de una prueba en la cámara de niebla de Sandia National Laboratories. Esta foto fue tomada antes de la pandemia de COVID-19. Crédito: Randy Montoya

Investigadores del Centro de Investigación Ames de la NASA visitaron recientemente Sandia para realizar una serie de experimentos para probar cómo los sensores disponibles comercialmente perciben los obstáculos en la niebla. El grupo Revolutionary Aviation Mobility es parte del proyecto de Tecnologías y Herramientas Transformacionales de la NASA.

“Probamos tecnologías de percepción que podrían incorporarse a los vehículos aéreos autónomos”, dijo Nick Cramer, el ingeniero principal de la NASA para este proyecto. “Queremos asegurarnos de que estos vehículos puedan operar de manera segura en nuestro espacio aéreo. Esta tecnología reemplazará los ojos de un piloto, y necesitamos poder hacer eso en todo tipo de clima”.

El equipo instaló un dron estacionario en la cámara como objetivo y luego probó varios sensores para ver qué tan bien podían percibir el dron en la niebla.

“La cámara de niebla en Sandia National Laboratories es increíblemente importante para esta prueba”, dijo Cramer. “Nos permite sintonizar realmente los parámetros y observar las variaciones en distancias largas. Podemos reproducir largas distancias y varios tipos de niebla que son relevantes para el entorno aeroespacial”.

Cramer dijo que uno de los desafíos de la tecnología de vuelo autónomo es que habría muchos vehículos pequeños volando en las proximidades.

“Necesitamos poder detectar y evitar estos vehículos pequeños”, dijo Cramer. “Los resultados de estas pruebas nos permitirán profundizar en cuáles son las brechas actuales en la tecnología de percepción para pasar a vehículos autónomos”.

La instalación de niebla ayuda a probar la tecnología
Teledyne FLIR ha probado sus propias cámaras infrarrojas en las instalaciones de niebla de Sandia para determinar qué tan bien detectan y clasifican a los peatones y otros objetos. Chris Posch, director de ingeniería automotriz de Teledyne FLIR, dijo que las cámaras podrían usarse para mejorar la seguridad de los vehículos actuales con características avanzadas de sistemas asistidos por el conductor, como frenos automáticos de emergencia y vehículos autónomos del futuro.

“La prueba de niebla es muy difícil de hacer en la naturaleza porque es muy fugaz y hay muchas diferencias inherentes que se ven típicamente en el tamaño de las gotas de agua, la consistencia y la repetibilidad de la niebla”, dijo Posch. “Como la instalación de niebla de Sandia puede crear niebla repetidamente con diversos contenidos y tamaños de agua, la instalación fue fundamental para recopilar los datos de prueba de una manera científica exhaustiva”.

Sandia y Teledyne FLIR realizaron múltiples pruebas de rendimiento con sensores de seguridad de vehículos, incluidas cámaras visibles, cámaras infrarrojas de onda larga, cámaras infrarrojas de onda media, cámaras infrarrojas de onda corta y lidar. Posch dijo que los resultados mostraron que las cámaras infrarrojas de onda larga de Teledyne FLIR pueden detectar y clasificar con precisión a los peatones y otros objetos en la mayoría de la niebla, donde las cámaras visibles son desafiadas.

Nueva investigación para detectar, localizar e visualizar objetos a través de la niebla
Un equipo de investigadores de Sandia publicó recientemente un artículo en Optics Express que describe los resultados actuales de un proyecto de tres años para utilizar imágenes computacionales y la ciencia detrás de cómo la luz se propaga y se dispersa en la niebla para crear algoritmos que permiten a los sensores detectar, ubicar e visualizar objetos en niebla.

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Miembros del equipo de investigación de la cámara de niebla de Sandia National Laboratories dentro de las instalaciones después de prepararse para un experimento. Esta foto fue tomada antes de la pandemia de COVID-19. Crédito: Randy Montoya

“Los métodos actuales para ver a través de la niebla y con luz dispersa son costosos y pueden ser limitados”, dijo Brian Bentz, ingeniero eléctrico y líder del proyecto. “Estamos usando lo que sabemos sobre cómo la luz se propaga y dispersa en la niebla para mejorar las capacidades de percepción y conciencia situacional”.

Bentz dijo que el equipo ha modelado cómo la luz se propaga a través de la niebla hacia un objeto y un detector, generalmente un píxel en una cámara, y luego ha invertido ese modelo para estimar de dónde proviene la luz y las características del objeto. Al cambiar el modelo, este enfoque se puede utilizar con luz visible o térmica.

Bentz dice que el equipo ha utilizado el modelo para detectar, localizar y caracterizar objetos en la niebla y trabajará en la obtención de imágenes de objetos durante el último año del proyecto. El equipo ha estado utilizando la instalación de niebla de Sandia para validaciones experimentales.

Paralelamente a esta investigación, el equipo de Sandia creó dos cámaras de niebla de sobremesa para apoyar un proyecto en el socio de la alianza académica, West Lafayette, Purdue University, con sede en Indiana. Sandia está estudiando y caracterizando la niebla generada por su nueva cámara de niebla de sobremesa, mientras que Purdue utiliza su sistema gemelo para realizar experimentos.

El profesor de Purdue, Kevin Webb, está liderando una investigación para desarrollar una tecnología de imágenes basada en cómo la luz interfiere consigo misma cuando se dispersa y en el uso de esos efectos para detectar objetos. El equipo de Sandia ha presentado recientemente su trabajo en SPIE y CLEO.

Fuente: Tech Xplore.

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