Sensores LiDAR: la última frontera en seguridad
Los sistemas de ayuda a la conducción, conocidas como ADAS por sus siglas en inglés, necesitan de ojos que sean capaces de advertir todo lo que sucede alrededor del coche y recoger esa información a fin de actuar en consecuencia y ayudar al conductor a tomar decisiones con seguridad. Estos sensores están más evolucionados a cada día que pasa, con cámaras cada vez más sofisticadas y que emplean algoritmos de aprendizaje automático para reconocer el entorno, y también gracias a la adopción de los sensores LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), que funcionan con tecnología láser.
Actualmente, solo los automóviles más sofisticados montan este tipo de sensores, pero en los próximos años van a generalizarse por su reducción de costes, la producción de sistemas compactos y económicos por parte de la industria de componentes y por todos los beneficios que aportan a la hora de generar un reconocimiento fiable del entorno del vehículo. Además, estos dispositivos comenzarán a montarse en el parabrisas, al lado de las cámaras, una ubicación que también ofrece muchas ventajas.
Esta tecnología se basa en un emisor láser que lanza rayos de luz láser infrarroja que impactan sobre los objetos y, al rebotar, son registrados por un receptor. El sistema es capaz de medir con toda precisión la distancia, posición y altura de ese objeto, además de realizar un escaneo láser. Su radio de alcance es de hasta 250 metros.
La gran ventaja del LiDAR respecto a una cámara es que el sistema informático del vehículo forma una nube de puntos que le permite generar una imagen tridimensional de ese objeto en tiempo real. Es un sistema muy fiable, que funciona igual de día que de noche y que hace posible delinear representaciones fiables en condiciones meteorológicas adversas. También actualiza en milisegundos la posición precisa de cada punto, con lo que se puede determinar el movimiento y la dirección de los objetos.
Además de ser muy fiable, el LiDAR permite que las computadoras del coche realicen muchos cálculos por segundo y que los sistemas de seguridad tomen decisiones rápidas.
Con la información extra aportada, los ADAS pueden trabajar sobre la base de un reconocimiento del entorno mejorado y disponer de más datos para la toma de decisiones. Esta clase de sensor complementa a las cámaras y los radares, y proporciona redundancia adicional en la detección de objetos alrededor del vehículo. Esto es especialmente útil en situaciones en las que las cámaras o el radar pueden fallar debido a las malas condiciones de visibilidad o a la interferencia de las señales de otros coches. Varios estudios han demostrado que la eficacia de las ayudas a la conducción disminuye en condiciones de lluvia y nieve, o con el parabrisas sucio, y estas carencias las puede solventar la tecnología LiDAR.
Con ella cabe también desarrollar funciones de asistencia a la conducción más sofisticadas, de nivel 3 de conducción autónoma, ya que el LiDAR mejora la capacidad de reconocer objetos, sus distancias, trayectorias y movimientos, y permite un mapeo 3D del entorno del vehículo, incluida la geometría de la carretera, las marcas de los carriles o las señales de tráfico.
De esta manera es posible un sistema como el asistente de conducción autónoma en autopista, que ayuda al conductor a circular por determinadas vías hasta 130 km/h sin tener que llevar las manos en el volante, acelerar o frenar. El usuario, que está monitorizado, solo tiene que mantener la atención en el tráfico para volver a tomar el control del coche cuando el sistema se lo solicite.
¿En el techo o en el parabrisas?
La tecnología LiDAR es casi imprescindible para la conducción automatizada y se emplea desde hace años en los prototipos de desarrollo de coches autónomos. Estos usan un sensor con visión de 360 grados que se monta en el techo del vehículo y gira sobre sí mismo (hasta 900 veces por minuto) para obtener un ángulo de visión claro de todo el entorno.
Pero los LiDAR han evolucionado hacia soluciones más prácticas, sencillas y utilizables en modelos de gran volumen de producción, para servir de apoyo a los ADAS. Estos dispositivos solo apuntan generalmente hacia la parte frontal del vehículo, con un ángulo de 120 grados de visión, para recoger información de todos los objetos que tienen por delante, y pueden estar situados en la parte frontal del vehículo (tras alguna rejilla) o en el parabrisas.
La ventaja de instalarlos tras el parabrisas es que se mantiene una posición de visión elevada, que los sensores están aislados y protegidos del exterior (agua, polvo, golpes, temperatura…) y que no afectan, en absoluto, al diseño o al rendimiento aerodinámico del vehículo.
Esta ubicación ha supuesto algunos retos de desarrollo, pues los parabrisas modernos disponen de una lámina que absorbe la radiación infrarroja para aislar el habitáculo del calor y proteger a los ocupantes. Estos tratamientos también bloquean, en cierta medida, los rayos láser del sensor LiDAR, tanto cuando son emitidos como cuando vuelven rebotados de vuelta al sensor, lo que reduce su alcance y precisión.
En pruebas realizadas por las firmas Hesai y Fuyao, el alcance del LiDAR con un parabrisas dotado de tratamiento térmico se reduce de 250 a solo 60 metros de distancia. Por este motivo, los principales fabricantes han desarrollado parabrisas con revestimientos antirreflejos, que ayudan a reducir el calor que entra al habitáculo a la vez que permiten la transmisión de los rayos láser infrarrojos con la longitud de onda específica que emplea el LiDAR. En la práctica, no es necesario que todo el parabrisas emplee esta tecnología, sino solo la parte que está sobre el módulo de los sensores.
Una ventaja adicional de la tecnología LiDAR es que, como nos recuerda la compañía Carglass, los sensores empleados hasta la fecha no necesitan recalibración tras una sustitución de parabrisas, aunque algunos de ellos sí tienen que ser reseteados. Por el contrario, las cámaras y demás sensores de los ADAS que se vuelven a montar cuando se rompe el cristal sí precisan ser recalibrados para asegurar que funcionan con la máxima precisión.
