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La última generación de automóviles integra un número cada vez mayor de características avanzadas destinadas a mejorar la seguridad del vehículo y permitir una conducción más eficiente y cómoda. Soluciones como los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) o los diferentes niveles de conducción autónoma (LiDAR) ahora están disponibles en muchos vehículos y requieren sensores avanzados con un alto nivel de precisión y un precio competitivo.
Entre estos, LiDAR es un sensor esencial para detectar, dentro de un rango operativo máximo, todo lo que se encuentra fuera del vehículo. Al obtener un mapa preciso en tiempo real del escenario de interés, LiDAR le permite identificar objetos u obstáculos en las inmediaciones del vehículo. Esto puede ayudar al vehículo a evitar posibles colisiones con otros vehículos, ciclistas, peatones o animales.
Los LiDAR, que según el modelo tienen partes móviles electromecánicas o están hechos completamente de estado sólido, son notoriamente uno de los sensores a bordo de vehículos más caros. En este artículo presentamos un sensor LiDAR con un coste especialmente competitivo (un orden de magnitud inferior a los dispositivos tradicionales), caracterizado por una alta precisión y un componente de software personalizable que puede ampliar el número de aplicaciones posibles.
Flash LiDAR de PreAct
PreAct Technologies se fundó en 2018 con el objetivo de desarrollar sistemas de detección de colisiones para el mercado automotriz, basándose en una larga historia en la industria de defensa y el desarrollo de sensores de alta velocidad y procesamiento de bordes para sistemas de protección activa a través de su empresa matriz. En 2019, la empresa comenzó a trabajar con varios OEM y Tier One en aplicaciones ADAS y precolisión.
PreAct no se ha limitado al desarrollo de un solo sensor, sino que ha desarrollado una solución completa de hardware y software capaz de satisfacer las necesidades de numerosas aplicaciones en la industria automotriz y más allá. El LiDAR completamente sólido es un sensor de flash que ilumina toda la escena con cada «destello», a diferencia de los LiDAR más tradicionales que usan un láser para escanear una escena línea por línea.
«Hemos desarrollado un LiDAR flash de campo cercano, pero nos vemos más como una empresa de software que como una empresa de hardware», dijo Paul Drysch, fundador y director ejecutivo de PreAct Technologies. “En lugar de centrarnos en la fabricación, nuestro modelo de negocio es licenciar nuestro diseño de referencia LiDAR con pérdida, tal vez incluso de forma gratuita. Luego ofrecemos software de control y aplicación como un servicio que mejora continuamente la propuesta de valor para nuestros clientes”.
Actualmente, PreAct está negociando acuerdos con proveedores de nivel 1 y nivel 2 en Europa y EE. UU. para producir estas unidades y venderlas a través de sus canales comerciales junto con las licencias de software necesarias. El sensor, llamado TrueSense, se muestra en la Figura 1. Es un flash LiDAR de tiempo de vuelo de onda continua rápido, de bajo costo, preciso y confiable que utiliza el principio de tiempo de vuelo indirecto (iTOF) para medir la distancia de cada píxel del sensor simultáneamente.
“Es nuestro software el que nos permite trabajar al aire libre en condiciones ambientales adversas. Esto se debe a que logramos algunos avances en la reducción del ruido de fondo y la estabilización de la nube de puntos 3D que permite que iTOF funcione fuera de la cabina”, dijo Kurt Brendley, fundador y director de operaciones de PreAct Technologies. «Seguiremos reduciendo el factor de forma y el costo a medida que hacemos la transición de un producto basado en FPGA a un sistema programable en un chip que seguirá respaldando nuestro modelo comercial de software como servicio».
Hoy en día, la detección de campo cercano (hasta 25 metros) se puede realizar mediante una combinación de radar, ultrasonido y cámaras o sistemas LiDAR. La primera opción es económica, pero al mismo tiempo ineficaz, ya que la velocidad de fotogramas y la resolución son muy bajas. Los LiDAR disponibles comercialmente ofrecen un alto rendimiento, pero son muy costosos, lentos y tienen una funcionalidad de campo cercano limitada.
TrueSense, por otro lado, se basa en chips de imágenes de tiempo de vuelo de bajo costo y emisores LED, tiene una cámara RGB de alta resolución y logra una frecuencia de muestreo de hasta 200 fps. Es un sensor de grado automotriz que funciona incluso con luz solar brillante y en todos los escenarios típicos donde el tiempo de vuelo suele ser un problema.
TrueSense funciona junto con otros dos productos de PreAct, TrueDrive y TrueSim, para brindar a los clientes una solución completa de seguimiento de objetos. Si TrueSense está en el corazón, TrueDrive es el cerebro de la solución de seguimiento y detección de objetos de campo cercano. Convierte los datos del sensor capturados por uno o más sensores TrueSense en nubes de puntos 3D integradas que se utilizan para definir y rastrear objetos rápidamente. Cada TrueDrive puede conectar y sincronizar hasta cuatro unidades TrueSense, lo que permite varias configuraciones (consulte la Figura 2). El dispositivo integra una Hyper-ECU que utiliza procesamiento paralelo e inteligencia artificial dirigida para realizar rápidamente la definición y el seguimiento de objetos, la detección de colisiones, las mediciones volumétricas y más.
TrueSim es un simulador de vehículos basado en la física que modela con precisión sensores y algoritmos PreAct. Permite que PreAct simule los sensores en la plataforma de un cliente en un entorno virtual de alta precisión. TrueSim viene con una gran biblioteca de vehículos, peatones, bicicletas, señales de tráfico, mapas y más. Los objetos personalizados también se pueden definir y agregar a la biblioteca. Al ofrecer modelos ópticos precisos (p. ej., simulación de retrorreflectores), TrueSim permite la creación rápida de prototipos de algoritmos y garantiza que los sensores funcionen para aplicaciones personalizadas.
“Con nuestra propia herramienta de simulación interna que emula nuestro desempeño LiDAR en un entorno realista, podemos evaluar nuestra capacidad para satisfacer las necesidades del cliente y, en paralelo, podemos comenzar a escribir el software de percepción que se conectaría a este LiDAR”, dijo Drysch.
Debido a su alta precisión, el LiDAR definible por software de PreAct es una solución que también es adecuada para la robótica y la automatización de fábricas. En estas aplicaciones, una o más unidades TrueSense pueden reemplazar los sensores existentes, lo que simplifica la integración y reduce los costos generales.
ZF Friedrichshafen es uno de los proveedores de nivel 1 que trabaja con PreAct. Mostraron parte de su trabajo en la Startup Autobahn de Plug and Play el año pasado, incluido un operador de puerta automática. Esencialmente, camina hacia su automóvil, realiza un gesto y el LiDAR montado en el vehículo de PreAct no solo reconoce su gesto, sino también si hay un obstáculo (por ejemplo, un poste, basura, boca de incendios) o tráfico que se aproxima (peatones, ciclistas, automóviles o motocicletas) que podrían causar daños o impedir que la puerta se abra con seguridad. El mismo sensor se puede usar para detección de bordillos, asistencia de cambio de carril y más.
“Como cabría esperar de un sistema definido por software con las capacidades de nuestro Flash LiDAR, respondemos constantemente a las necesidades de los clientes en áreas que van desde la automoción hasta la robótica y la fabricación. Además, el software que forma la base de nuestra solución a los problemas operativos del mundo real, como las operaciones de campo, puede y se modifica continuamente para aumentar el rendimiento de referencia”, dijo Drysch.
