Meningkatkan Transportasi Aman di Kabut: Sandia Labs Uji Sensor untuk Kendaraan Otonom
Drone yang terbang sendiri dan taksi otonom yang dapat beroperasi dengan aman di kabut mungkin terdengar futuristik, tetapi penelitian baru di fasilitas kabut Laboratorium Nasional Sandia membawa masa depan lebih dekat.
Kabut dapat membuat perjalanan melalui air, udara, dan darat berbahaya ketika sulit bagi orang dan sensor untuk mendeteksi objek. Peneliti di fasilitas kabut Sandia mengatasi tantangan itu melalui penelitian optik baru dalam imaging komputasional dan dengan bekerjasama dengan peneliti NASA yang bekerja pada Advanced Air Mobility, Teledyne FLIR dan lainnya untuk menguji sensor dalam kabut khusus yang dapat diukur dan diproduksi berulang sesuai permintaan.
Dibangun pada 2014, kamar kabut Sandia panjang 180 kaki, tinggi 10 kaki dan lebar 10 kaki. Kamar dilapisi plastik untuk menangkap kabut. Ketika tim memulai tes, 64 nozel berdesis saat menyemprotkan campuran custom air dan garam. Saat semprotan menyebar, kelembaban meningkat dan kabut tebal terbentuk. Segera, pengamat di dalam tidak akan dapat melihat dinding, langit-langit atau pintu masuk melalui aerosol dan orang dan objek beberapa kaki jauh akan terpeleset atau sepenuhnya tersembunyi.
Peneliti Sandia dengan cermat mengukur properti kabut seiring waktu untuk memahami bagaimana ia terbentuk dan berubah. Dengan menyesuaikan parameter lingkungan, peneliti dapat mengubah properti kabut untuk lebih cocok dengan kabut yang terjadi secara alami.
“Tim kami dapat mengukur dan sepenuhnya memaparkan kabut yang kami hasilkan di fasilitas, dan kami dapat menghasilkan kabut yang serupa berulang kali pada hari yang berbeda,” kata Andres Sanchez, insinyur kimia. “Memiliki kondisi yang konsisten dan dapat diukur penting ketika kita menguji bagaimana sensor berperforma di kabut.”
Peneliti dari Ames Research Center NASA baru-baru ini mengunjungi Sandia untuk melakukan serangkaian eksperimen untuk menguji bagaimana sensor yang tersedia secara komersial memandang rintangan di kabut. Grup Revolusioner Mobilitas Udara adalah bagian dari proyek Transformational Tools and Technologies NASA.
“Kami menguji teknologi persepsi yang mungkin masuk ke dalam kendaraan udara otonom,” kata Nick Cramer, insinyur utama NASA untuk proyek ini. “Kami ingin memastikan kendaraan ini mampu beroperasi dengan aman di ruang udara kita. Teknologi ini akan menggantikan mata pilot, dan kami perlu dapat melakukannya di semua jenis cuaca.”
Tim menyiapkan drone stasioner di kamar sebagai target dan kemudian menguji berbagai sensor untuk melihat seberapa baik mereka dapat memandang drone di kabut.
“Kamar kabut di Laboratorium Nasional Sandia sangat penting untuk tes ini,” kata Cramer. “Ini memungkinkan kami untuk benar-benar menyesuaikan parameter dan melihat variasi pada jarak jauh. Kami dapat mereplikasi jarak jauh dan berbagai jenis kabut yang relevan dengan lingkungan aerospace.” Cramer mengatakan salah satu tantangan teknologi terbang sendiri adalah akan ada banyak kendaraan kecil yang terbang dalam jarak dekat.
Teledyne FLIR telah menguji kamera inframerah sendiri di fasilitas kabut Sandia untuk menentukan seberapa baik mereka mendeteksi dan mengklasifikasi pejalan kaki dan objek lain. Chris Posch, direktur engineering, automotive, untuk Teledyne FLIR, mengatakan kamera dapat digunakan untuk meningkatkan keamanan kendaraan saat ini dengan fitur sistem bantu sopir canggih seperti rem darurat otomatis dan kendaraan otonom di masa depan.
“Pengujian kabut sangat sulit dilakukan di alam karena kabut begitu fleeting dan ada banyak perbedaan bawaan yang biasanya terlihat dalam ukuran titik air, konsistensi dan repeatabilitas kabut atau kabut,” kata Posch. “Karena fasilitas kabut Sandia dapat secara berulang membuat kabut dengan berbagai kandungan air dan ukuran, fasilitas sangat penting dalam mengumpulkan data tes dengan cara ilmiah yang menyeluruh.”
Sandia dan Teledyne FLIR melakukan beberapa tes performa dengan sensor keamanan kendaraan termasuk kamera visible, kamera infrared longwave, kamera infrared midwave, kamera infrared shortwave dan lidar. Posch mengatakan hasilnya menunjukkan bahwa kamera infrared longwave Teledyne FLIR dapat secara akurat mendeteksi dan mengklasifikasi pejalan kaki dan objek lain dalam sebagian besar kabut, di mana kamera visible terpantau.
Tim peneliti Sandia baru-baru ini menerbitkan makalah di Optics Express yang menjelaskan hasil terkini dari proyek tiga tahun untuk menggunakan imaging komputasional dan ilmu di belakang cara cahaya menyebar dan tersebar di kabut untuk menciptakan algoritma yang memungkinkan sensor untuk mendeteksi, menemukan dan mengambil gambar objek di kabut.
“Metode saat ini untuk melihat melalui kabut dan dengan cahaya yang tersebar mahal dan dapat terbatas,” kata Brian Bentz, insinyur listrik dan pemimpin proyek. “Kami menggunakan apa yang kami ketahui tentang bagaimana cahaya menyebar dan tersebar di kabut untuk meningkatkan kemampuan sensing dan kesadaran situasional.”
Brian Bentz, insinyur listrik dan pemimpin proyek, mengatakan tim telah memodelkan bagaimana cahaya menyebar melalui kabut ke suatu objek dan ke detektor — biasanya piksel dalam kamera — dan kemudian membalikkan model tersebut untuk memperkirakan di mana cahaya berasal dan karakteristik objek. Dengan mengubah model, pendekatan ini dapat digunakan dengan cahaya visible atau thermal. Bentz mengatakan tim telah menggunakan model untuk mendeteksi, menemukan dan mengkarakterisasi objek di kabut dan akan bekerja pada imaging objek selama tahun akhir proyek.
