Sensores LiDAR en los coches: ¿qué son y cómo funcionan?

Si somos aficionados a los documentales seguramente habremos visto cómo los científicos utilizan cada vez más los llamados sensores LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), que funcionan con tecnología láser. Los sensores LiDAR emiten rayos de luz láser infrarroja que impactan sobre los objetos y al rebotar son registrados por un receptor, generando una nube de puntos que permite a un sistema informático generar una imagen tridimensional de ese objeto en tiempo real. Esta tecnología mejora el funcionamiento de los ADAS en malas condiciones de visibilidad y permite desarrollar funciones de asistencia a la conducción «manos libres» de nivel 3 de conducción autónoma. Los sensores LiDAR se van a generalizar en los próximos años por su reducción de costes y por todos los beneficios que aportan. Esta tecnología se basa en un emisor láser, que emite 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 precisión la distancia, posición y altura de ese objeto; realizando 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 por la noche y que permite generar representaciones fiables en condiciones meteorológicas adversas. Además, el sistema actualiza en milisegundos la posición precisa de cada punto, lo que permite determinar el movimiento y la dirección de los objetos. Además de ser muy fiable, el LiDAR permite que las computadoras del vehículo realicen muchos cálculos por segundo y que los sistemas de seguridad tomen decisiones rápidas. Con la información extra que aporta el LiDAR, los sistemas ADAS pueden trabajar sobre la base de un reconocimiento del entorno aún mejor, y tener más datos para la toma de decisiones. El sensor LiDAR 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 vehículos. Numerosos estudios han demostrado que la eficacia de los ADAS disminuye en condiciones de lluvia y nieve, o con el parabrisas sucio; y esta carencia puede solventarse incorporando un sensor LiDAR. Además, los sensores LiDAR permiten 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. Gracias a ello permite implementar sistemas como el asistente de conducción autónoma en autopista (HDAA - Highway Driving Autonomous Assistant), que permite al conductor circular por determinadas autopistas hasta 130 km/h sin tener que llevar las manos en el volante, acelerar o frenar. El conductor, que está monitorizado, solo tiene que mantener la atención en el tráfico para volver a tomar el control del vehículo cuando el sistema se lo solicite. La tecnología LiDAR es casi imprescindible para la conducción autónoma y se emplea desde hace años en los prototipos de desarrollo de coches autónomos. Estos coches usan un LiDAR 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 despejado de todo el entorno, según explican a este diario los expertos de Carglass. Pero los LiDAR han evolucionado hacia soluciones más prácticas, sencillas e implementables en modelos de gran volumen de producción, para servir de apoyo a los sistemas de seguridad ADAS. Esto sensores solo apuntan hacia la parte frontal del vehículo, con un ángulo de 120º de visión, recogiendo información de todos los objetos que tiene por delante, y pueden estar situados en la parte frontal del vehículo (tras alguna rejilla) o en el parabrisas. La ventaja de instalarlo 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. Su ubicación en el parabrisas ha supuesto algunos retos de desarrollo. Y es que los parabrisas modernos disponen de una lámina que absorbe la radiación infrarroja para aislar el habitáculo del calor que produce y proteger de esa radiación a los ocupantes. Estos tratamientos del parabrisas 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 Hesai y FUYAO, el alcance del LiDAR con un parabrisas con 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. Cuando se sustituye un parabrisas, hay que desmontar las cámaras del cristal roto y montarlos en el nuevo. Una vez instalados, estos sistemas han de ser recalibrados para asegurar que funcionan con la máxima precisión y proporcionan la información correcta. No hay que olvidar que los sistemas ADAS pueden llegar a tomar el control del coche y que el conductor confía en ellos, y espera su respuesta para alertarle o asistirle en una situación de riesgo. Los sensores LiDAR empleados hasta la fecha no necesitan recalibración tras una sustitución de parabrisas, aunque algunos de ellos sí tienen que ser reseteados. La causa más común por la que los sistemas ADAS pueden sufrir fallos de funcionamiento es porque sus cámaras y sensores no hayan sido recalibrados, o esa operación se haya hecho de un modo incorrecto. .