¿Quieres ver alrededor de las esquinas? Mejor que se consiga un láser

Por Andrea RA | Un sistema inteligente usa láseres y algoritmos para trazar mapas de objetos fuera de la vista en 3-D. Eso podría ser una gran noticia para los autos autopropulsados.

Última Actualización en: abril 19, 2018

Publicado a las 08:37 PM CST en Mar 05,2018 | Actualizado a las 08:37 PM CST en Mar 05,2018


No se ve el conejo, pero el láser de picosegundos sí. En un laboratorio de Stanford, los ingenieros han montado un artefacto extraño, escondiendo un conejito de juguete detrás de una pared en forma de T. Y su complejo sistema de computación y láser de disparo rápido puede ver a la vuelta de la esquina.

También lo podrían hacer los coches autopropulsados del futuro. Por lo menos ésa es la idea detrás de esta técnica, que utiliza las trayectorias de vuelo de los fotones en los láseres para calcular la forma y la posición de los objetos ocultos-ser ellos conejitos o peatones que pasan.

No es una idea completamente nueva. Este sistema despliega el mismo cronometraje muy, muy preciso que hace que el láser lidar parpadee en un coche autopropulsado. Lidar construye un mapa tridimensional de un entorno calculando el tiempo necesario para que todos esos fotones reboten en objetos y vuelvan al dispositivo, ayudando a un coche a encontrar su camino. Esto es sólo eso, pero mucho más difícil.

La configuración del experimento, mostrando el láser disparando desde la pared para exponer al conejo escondido. Laboratorio de imagenología computacional de Stanford

Si usted está teniendo dificultades para imaginar cómo un láser puede “ver” alrededor de una pared, permítame que le aclare. Imagínate dos trozos de pared que se cruzan en forma de T. Ahora sepárenlos un poco el uno del otro. Pega un conejito de juguete detrás de la “pierna” de la T. Si te pararas al otro lado de la pierna (ahora no puedes ver al conejito) todavía podrías golpear al pequeño bribón lanzando una pelota contra la otra pared. Se desviaría de la pared en un ángulo y pasaría a través de ese hueco que acabas de hacer, golpeando a Fluffy.

Ahora reemplaza esa bola con un láser de picosegundo que dispara millones de pulsos de luz por segundo. La luz rebota de la pared en un ángulo, golpea al conejo detrás de una pantalla, rebota en la pared y de vuelta a la pared, dejando rastros láser que los algoritmos pueden convertir en una imagen tridimensional del conejo.

Algunos desafíos, sin embargo: Una vez que el láser ha rebotado de la pared al conejo y ha rebotado en la pared hasta el sensor (¡ay!), los investigadores quedan con un ligero rastro de luz. Por eso necesitaban un llamado diodo de avalancha de fotón único, o SPAD, para aprovechar al máximo esa señal diminuta.

Piense en una casa de naipes “, dice Gordon Wetzstein, ingeniero eléctrico de Stanford. “No se puede detectar un solo fotón, es muy pequeño. Pero tan pronto como ese fotón golpea ese SPAD en particular, es como sacar una carta en el fondo de un castillo de naipes, y todo se derrumba “.

 

Sólo un solo fotón tiene el potencial de desencadenar una “avalancha” de corriente en el sensor, explica David Lindell, ingeniero eléctrico de Stanford. Y es este pico de voltaje lo que permite a los ingenieros saber cuándo regresaron los fotones. En esta demostración, el grupo disparó su láser durante 7 o 70 minutos, dependiendo de lo reflectante que fuera el objeto, mientras que el SPAD monitoreó los retornos del láser.

Eso explica cómo recogen sus datos, pero no cómo lo convierten en una visualización 3D del objeto oculto. Para entender lo que hay detrás de esa pared, los investigadores necesitan entender todos los caminos potenciales de ese rayo láser. Así que también tienen que escanear la geometría del muro. Con el entendimiento de dónde está la pared, usted puede realizar esta reconstrucción para obtener la geometría 3D del objeto oculto,”dice Lindell. Una vez que los datos llegan a la pared y los 7 ó 70 minutos de SPAD regresan, los algoritmos se ponen a trabajar para reducir el ruido, cosas como la luz ambiental en la habitación.

Viendo alrededor de las esquinas en el laboratorio.
Linda A. Cicero/Stanford

Para obtener todos los datos, los sistemas anteriores han utilizado hardware superpoderoso y mucho tiempo. Pero utilizando esta nueva configuración, publicada el lunes en la revista Nature, los ingenieros pueden hacerlo en un ordenador portátil casi al instante. Puedes pulsar un botón en tu portátil y procesar estas imágenes en un segundo “, dice Lindell,” mientras que antes llevaba horas en hardware de computación intensiva para poder hacerlo “.

Esto se debió en parte a la forma en que está configurado el sistema. En anteriores aproximaciones usando láseres para ver alrededor de las esquinas, el láser y el detector de luz no estaban apuntando a la misma ubicación, haciendo que los sistemas “no fuesen confocales”. Usar un enfoque confocal es una idea nueva e inesperada y simplifica las demandas de algoritmos para ver a la vuelta de la esquina “, dice Achuta Kadambi, del MIT, quien trabaja en imagenología computacional.

Debido a que casi todos los que trabajan en autos autoconductores ya dependen de los láseres, es razonable pensar que podrían incorporar tecnología de curvas en el futuro. Sin embargo, los desafíos persisten: Los investigadores tendrán que aumentar el poder de los láseres para trabajar a la luz del día sin quemar los ojos de los peatones. En el mundo real, los fotones rebotarán en todo tipo de superficies mucho más irregulares que una pared de un laboratorio. Además, no se puede esperar exactamente unos minutos para ver si hay un peatón detrás de ese camión.

“El mayor desafío es la cantidad de señal perdida cuando la luz rebota en múltiples ocasiones”, dice Matthew O’ Toole, autor principal del artículo. “Este problema se agrava por el hecho de que un coche en movimiento necesitaría medir esta señal bajo luz solar brillante, a velocidades rápidas y a larga distancia.”

Aun así, esta tecnología podría tener un futuro brillante (lo siento) más allá de los autos autoconductores. Los robots que ya circulan por los pasillos de hospitales y hoteles harían bien en detectar a la gente que viene por las esquinas. Incluso podría ser útil en dispositivos médicos como los endoscopios. O simplemente buscando conejitos en las esquinas.

Llamando a Elmer Fudd.

Pew Pew

  • Los láseres, por supuesto, son fundamentales para toda la tecnología automovilística: Lidar está detrás de los sistemas que tanto Uber como Waymo de Alphabet están desarrollando.
  • Es también la tecnología por la que los dos goliaths tecnológicos estaban luchando en su caso judicial recientemente resuelto.
  • Todas las compañías automovilísticas, de alguna manera, están intentando conseguir un trozo del pastel de lidar.

Referencias & Fuentes

global.news.rcompanion.org/item/179613_wanna-see-around-corners-better-get-yourself-a-laser

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