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Per poter viaggiare in maniera autonoma anche in condizioni estreme, le vetture debbono fare uso di un LIDAR (Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging) che è quell’oggetto visibile sul tetto delle Google Car e di altre vetture sperimentali a guida autonoma. I LIDAR rilevano tutto ciò che si trova intorno al veicolo fino a 50/100 metri, producendo una mappa dettagliata degli spazi liberi, degli ostacoli e delle altre vetture presenti sul percorso, dati che vengono inviati al sistema di guida autonoma per l’elaborazione.
Purtroppo questi dispositivi costano decine di migliaia di dollari, ed anche quelli meno costosi che verranno realizzati con la tecnologia tradizionale (di cui Velodyne è leader) non costeranno meno di 7/8 mila dollari.
Fortunatamente anche in questo caso l’innovazione tecnologica promette di cambiare radicalmente lo stato delle cose. Ad annunciarlo è stata Osram Opto Semiconductors che ha realizzato un prototipo di LIDAR allo stato solido il cui costo, una volta avviata la produzione di massa (che inizierà nel 2018), dovrebbe scendere a circa 40 Euro.
Il prototipo di Osram utilizza impulsi molto brevi e dispone di quattro canali di uscita paralleli che consentono di ottenere nuove funzionalità ed una elevata capacità di rilevamento sul piano verticale. Questa tecnologia – sviluppata insieme a Innoluce, una società di Infineon Technologies specialista nella tecnologia laser scanner – verrà utilizzata congiuntamente a sistemi MEMS (microelettromeccanici) per realizzare LIDAR privi di parti in movimento e pertanto non soggetti ad usura.
I sensori LIDAR sono un elemento essenziale per le future automobili a guida autonoma o semi-autonoma. Il sistema funziona sul principio della misurazione del Time-of-Flight, ovvero del cosiddetto tempo di volo, un’espressione non bellissima ma che col tempo diventerà abituale. Di cosa si tratta? Un impulso laser di durata brevissima viene emesso, colpisce un oggetto, viene riflesso e rilevato da un sensore. Dal tempo di volo dell’impulso laser è possibile calcolare la distanza dell’oggetto. I sistemi LIDAR utilizzano un fascio laser per scansionare orizzontalmente un certo segmento angolare per poi produrre una mappa 3D in alta risoluzione dell’ambiente circostante. Nella maggior parte dei casi i raggi laser vengono deviati mediante specchi il cui movimento viene controllato da un sistema elettromeccanico; altre soluzioni fanno uso di diversi diodi laser montati uno sopra l’altro per aumentare l’angolo di rilevamento verticale.
Una barra di 4 canali laser per semplificare il funzionamento
Il LIDAR laser a 4 canali realizzato da Osram Opto Semiconductors è costituito da una barra di quattro diodi laser controllabili individualmente mediante un circuito di controllo integrato nel modulo. Quest’ultimo è facilmente fissabile a qualsiasi superficie, e non necessita di una regolazione fine, con conseguente riduzione dei costi di installazione.
Per creare la barra, i quattro diodi laser vengono prodotti uno accanto all’altro in una singola fase di produzione in modo che siano perfettamente allineati tra loro e possano essere controllati singolarmente. Il risultato è un laser che emette quattro fasci perfettamente paralleli tra loro.
Fascio più potente, impulso brevissimo
Per questa applicazione Osram ha migliorato la sua tecnologia laser ad impulsi con lunghezza d’onda di 905 nanometri. I diodi laser Nanostack Pulsed forniscono ora una uscita ottica di picco di 85 W a 30 ampere, 10 W più di prima. La durata dell’impulso è inferiore a 5 nanosecondi (ns), molto più breve dei 20 ns dei modelli precedenti. La brevissima durata ed il duty cycle dello 0,01 % offrono anche la massima garanzia per quanto riguarda le norme di sicurezza (i fasci laser di forte intensità possono danneggiare la retina). Con una tensione di esercizio di 24 V, questo dispositivo è compatibile anche con la tensione presente negli autoveicoli.
Prima combinazione laser/MEMS
Grazie alla brevissima durata degli impulsi, per la prima volta è possibile ottenere la scansione all’interno del LIDAR deviando l’emissione laser mediante un dispositivo MEMS.
Il prototipo di questo sistema è stato presentato alla recente edizione di electronica da Osram e dal suo partner Innoluce. Il chip MEMS da 2,7 x 2,3 mm2 è in grado di funzionare sino a 2 kHz ed è stato sviluppato interamente da Innoluce, la società acquistata da Infineon Technologies nel mese di ottobre 2016. Il sistema nel suo complesso si estende su un campo visivo di 120° in orizzontale e 20° in verticale e offre una risoluzione di 0,1° in orizzontale e 0,5° in verticale. Alla luce del giorno la portata di rilevamento per quanto riguarda i veicoli è di oltre 200 metri, 70 metri per i pedoni.
I diodi laser ad impulsi di Osram Opto Semiconductors vengono impiegati in campo automobilistico da più di dieci anni, ad esempio nei sistemi ACC (Adaptive Cruise Control) e nei sistemi di controllo della frenata d’emergenza. Il nuovo sistema laser è l’ultima aggiunta al portafoglio prodotti di Osram, ed è espressamente studiato per il mercato self-driving. I campioni del nuovo laser LIDAR a 4 canali saranno disponibili all’inizio dell’estate 2017, mentre la produzione in volumi è prevista per il 2018.
