Menguji Sensor dalam Kabut untuk Membuat Transportasi Masa Depan Lebih Aman
Drone yang terbang sendiri dan taksi otonom yang dapat beroperasi dengan aman dalam kabut mungkin terdengar futuristik, tetapi penelitian baru di fasilitas kabut Sandia National Laboratories membawa masa depan lebih dekat.
Kabut dapat membuat perjalanan melalui air, udara, dan darat menjadi berbahaya ketika menjadi sulit bagi manusia dan sensor untuk mendeteksi objek. Para peneliti di fasilitas kabut Sandia mengatasi tantangan itu melalui penelitian optik baru dalam pencitraan komputasi dan dengan bermitra dengan peneliti NASA yang bekerja di Advanced Air Mobility, Teledyne FLIR, dan lainnya untuk menguji sensor dalam kabut khusus yang dapat diukur dan diproduksi berulang kali sesuai permintaan.
Dibangun pada tahun 2014, ruang kabut Sandia memiliki panjang 180 kaki, tinggi 10 kaki, dan lebar 10 kaki. Ruangan itu dilapisi dengan terpal plastik untuk menjebak kabut. Saat tim memulai tes, 64 nozel mendesis saat mereka menyemprotkan campuran air dan garam khusus. Saat semprotan menyebar, kelembapan terbentuk dan kabut tebal terbentuk. Segera, pengamat di dalam tidak akan dapat melihat dinding, langit-langit, atau pintu masuk melalui aerosol dan orang-orang serta benda-benda beberapa meter jauhnya akan dikaburkan atau benar-benar tersembunyi.
Peneliti Sandia dengan hati-hati mengukur sifat kabut dari waktu ke waktu untuk memahami bagaimana ia terbentuk dan berubah. Dengan menyesuaikan parameter lingkungan, para peneliti dapat mengubah sifat kabut agar lebih cocok dengan kabut yang terjadi secara alami.
“Tim kami dapat mengukur dan mengkarakterisasi sepenuhnya kabut yang kami hasilkan di fasilitas tersebut, dan kami dapat berulang kali menghasilkan kabut serupa pada hari yang berbeda,” kata Andres Sanchez, insinyur kimia. “Memiliki kondisi yang konsisten dan terukur adalah penting saat kami menguji kinerja sensor dalam kabut.”
Para peneliti dari Pusat Penelitian Ames NASA baru-baru ini mengunjungi Sandia untuk melakukan serangkaian percobaan untuk menguji bagaimana sensor yang tersedia secara komersial melihat hambatan dalam kabut. Grup Mobilitas Penerbangan Revolusioner adalah bagian dari proyek Alat dan Teknologi Transformasi NASA.
“Kami menguji teknologi persepsi yang mungkin masuk ke kendaraan udara otonom,” kata Nick Cramer, insinyur NASA utama untuk proyek ini. “Kami ingin memastikan kendaraan ini dapat beroperasi dengan aman di wilayah udara kami. Teknologi ini akan menggantikan pandangan seorang pilot, dan kita harus mampu melakukannya di semua jenis cuaca.”
Tim memasang drone stasioner di ruangan sebagai target dan kemudian menguji berbagai sensor untuk melihat seberapa baik mereka dapat melihat drone dalam kabut.
“Kabut kabut di Sandia National Laboratories sangat penting untuk pengujian ini,” kata Cramer. “Ini memungkinkan kami untuk benar-benar menyesuaikan parameter dan melihat variasi jarak jauh. Kami dapat mereplikasi jarak jauh dan berbagai jenis kabut yang relevan dengan lingkungan kedirgantaraan.” Cramer mengatakan salah satu tantangan teknologi terbang sendiri adalah akan ada banyak kendaraan kecil yang terbang dalam jarak dekat.
Teledyne FLIR telah menguji kamera inframerahnya sendiri di fasilitas kabut Sandia untuk menentukan seberapa baik mereka mendeteksi dan mengklasifikasikan pejalan kaki dan objek lainnya. Chris Posch, direktur teknik, otomotif, untuk Teledyne FLIR, mengatakan kamera dapat digunakan untuk meningkatkan keamanan kendaraan masa kini dengan fitur sistem bantuan pengemudi canggih seperti pemutus darurat otomatis dan kendaraan otonom masa depan.
“Pengujian kabut sangat sulit dilakukan di alam karena sangat cepat dan ada banyak perbedaan yang melekat yang biasanya terlihat dalam ukuran tetesan air, konsistensi dan pengulangan kabut atau kabut,” kata Posch. “Karena fasilitas kabut Sandia dapat berulang kali membuat kabut dengan berbagai kadar dan ukuran air, fasilitas ini sangat penting dalam mengumpulkan data uji secara ilmiah secara menyeluruh.”
Sandia dan Teledyne FLIR melakukan beberapa tes kinerja dengan sensor keamanan kendaraan termasuk kamera tampak, kamera inframerah gelombang panjang, kamera inframerah gelombang menengah, kamera inframerah gelombang pendek dan lidar. Posch mengatakan hasil menunjukkan bahwa kamera inframerah gelombang panjang Teledyne FLIR dapat secara akurat mendeteksi dan mengklasifikasikan pejalan kaki dan objek lain di sebagian besar kabut, di mana kamera yang terlihat sulit dijangkau.
Sebuah tim peneliti Sandia baru-baru ini menerbitkan sebuah makalah di Optics Express yang menjelaskan hasil saat ini dari proyek tiga tahun untuk menggunakan pencitraan komputasi dan ilmu di balik bagaimana cahaya merambat dan menyebar dalam kabut untuk membuat algoritma yang memungkinkan sensor mendeteksi, menemukan, dan gambar objek di kabut.
“Metode saat ini untuk melihat menembus kabut dan dengan cahaya yang tersebar mahal dan dapat dibatasi,” kata Brian Bentz, insinyur listrik dan pimpinan proyek. “Kami menggunakan apa yang kami ketahui tentang bagaimana cahaya merambat dan menyebar dalam kabut untuk meningkatkan kemampuan penginderaan dan kesadaran situasional.”
Brian Bentz, insinyur listrik dan pemimpin proyek, mengatakan bahwa tim telah memodelkan bagaimana cahaya merambat melalui kabut ke suatu objek dan ke detektor – biasanya piksel dalam kamera – dan kemudian membalikkan model itu untuk memperkirakan dari mana cahaya itu berasal dan karakteristiknya. obyek. Dengan mengubah model, pendekatan ini dapat digunakan dengan cahaya tampak atau termal. Bentz mengatakan tim telah menggunakan model tersebut untuk mendeteksi, menemukan, dan mengkarakterisasi objek dalam kabut dan akan mengerjakan objek pencitraan selama tahun terakhir proyek.
