Các đây hơn 10 năm, các kỹ sư của Đại học Stanford (Hoa Kỳ) đã nhen nhóm ý tưởng trong việc đạt được ước mơ hàng thập kỷ về một chiếc xe hơi tự lái thông qua “LiDAR”, một công nghệ chưa từng được áp dụng trước đây.
LiDAR là gì?
LiDAR gì? Đây là viết tắt của cụm từ “Light Detection and Ranging”, công nghệ sử dụng tia laser để đo khoảng cách và xây dựng bản đồ 3D của vật thể, bằng cách phát ra và thu nhận tia laser phản hồi lại rồi phân tích các dữ liệu đó để cho ra kết quả mong muốn. Phạm vi được xác định bằng cách đo khoảng thời gian giữa phát xạ và kết quả phản hồi.
Cụ thể hơn, LiDAR hoạt động bằng cách bắn ra cực nhanh các chùm tia laser (lên đến 900.000 lần / giây) vào một chủ thể, bề mặt và sau đó đo đạc thời gian để ánh sáng bật ra khỏi mục tiêu đó và quay ngược trở lại.
Vì tốc độ ánh sáng là hằng số bất biến, chúng ta có thể tìm ra khoảng cách đến vật thể theo công thức:
Khoảng cách = (Tốc độ ánh sáng x Thời gian bay) / 2
Tốc độ ánh sáng được cho là 321.869 km/s – mức độ chính xác cần thiết để áp dụng nguyên tắc này là đáng kinh ngạc. Khó tin hơn nữa, LiDAR đã xuất hiện từ những năm 60 của thế kỉ trước, được sử dụng để lập bản đồ bề mặt của mặt trăng và các mẫu xe thương mại tốt nhất hiện nay có thể tự nhận diện và thiết lập bản đồ 3D với độ phân giải rất cao, chi tiết đến khoảng dưới 1 inch.
Để thiết lập một hệ thống LiDAR hoàn chỉnh thì không hề giản đơn, đòi hỏi rất nhiều thành phần phức tạp và chi phí chế tạo cũng không hề rẻ.
Ứng dụng LiDAR trong ngành công nghiệp ô tô
Công nghệ này tiếp cận lần đầu đến ngành công nghiệp ô tô vào năm 2018, khi GM sử dụng cảm biến LiDAR gắn trên xe tải để thiết lập bản đồ 3D chính xác.
Dữ liệu sẽ được đưa vào dòng xe Cadillac CT6, và sau đó là CT5 và CT4, để cho phép chúng tự định vị và điều hướng khi lưu thông trên các tuyến đường cao tốc của Hoa Kỳ với độ chính xác cao.
Tuy nhiên, chi phí phát triển công nghệ này vẫn còn quá cao đối với ngành sản xuất ô tô, ngay cả dòng xe hạng sang như Cadillac.
Cảm biến va chạm trên ô tô phổ biến hiện nay đa phần là một công cụ đo khoảng cách từ xe đến một vật thể phía trước , khoảng cách và tốc độ tương đối của vật thể đó. Hầu hết cảm biến không đủ nhạy cảm để phân biệt giữa các hình dạng, kích thước các chướng ngại vật nhỏ hơn như thú vật sẽ khó phát hiện được.
Một bản đồ hiện đại LiDAR sẽ toả ra hàng triệu chùm tia laser đa hướng mỗi giây , sau đó cung cấp thông tin cảm biến đến máy tính để thiết lập bản đồ chính xác về môi trường xung quanh.
Công nghệ 3D LiDAR có thể được sử dụng để theo dõi các đối tượng chuyển động có kích thước bằng một con vật nuôi, dự đoán hướng đi của chúng, phân biệt giữa các chướng ngại vật tiềm ẩn trong môi trường,…
Nhược điểm và Cơ hội trong tương lai của LiDAR
Ban đầu, rào cản lớn nhất để triển khai LiDAR trên ô tô là tốc độ quét thấp. Các thiết bị ban đầu không thể thiếp lập bản đồ đủ nhanh để phương tiện di chuyển với tốc độ thích hợp trong điều kiện thực tế.
David Hall, ngời phát minh ra hệ thống LiDAR thời gian thực dựa trên tia laser 3D. Không giống như các thiết kế trước đây, chỉ sử dụng hai chùm tia để từ từ “quét” xung quanh.
Các giải pháp của Hall cho phép quét nhiều hướng đồng thời. Máy phát sẽ toả chùm tia xung quanh một vòng 360 độ, ở tần số đủ cao để tạo ra bản đồ 3D tính bằng nano giây.
Phát minh của Hall đã được cấp bằng sáng chế vào năm 2005. Velodyne, công ty của ông đã trở thành nhà sản xuất thương mại đầu tiên của hệ thống LiDaR dành cho ô tô và họ vẫn đang đứng đầu về hệ thống công nghệ này.
Trong 15 năm qua, công ty đã tích cực nghiên cứu để ứng dụng công nghệ LiDAR, nổi cộm là các vấn đề về kích thước và chi phí hiện đang khiến công nghệ này không mấy mặn mà đối với ngành công nghiệp xe hơi.
Tuy nhiên, một số khuyết điểm của LiDAR có thể sẽ không được giải quyết, chẳng hạn như sản phẩm không có khả năng “nhìn thấy” bất cứ thứ gì khác ngoài những vật thể có hình dạng – Một trở ngại rõ ràng khi lái xe.
Tạm kết
Một chiếc ô tô tự lái trong tương lai có thể sẽ cần sự hỗ trợ của camera để phân biệt vạch kẻ đường và biển báo, vì rất có thể hệ thống này sẽ không bao giờ tự hoạt động được một cách chính xác. Ngược lại, công nghệ này chắc chắn sẽ giúp cho ngành công nghiệp ô tô vươn lên một tầm cao mới nếu trong tương lai chúng trở nên phổ biến.