Il LiDAR (Light Detection and Ranging) è una tecnologia trasformativa che gioca un ruolo cruciale nello sviluppo delle automobili moderne, in particolare dei veicoli autonomi. Questa tecnologia è un metodo di rilevamento che utilizza la luce laser per misurare distanze, creare mappe 3D ad alta risoluzione e rilevare oggetti intorno a un’auto. Questo articolo spiega cos’è il LiDAR, come funziona e il suo ruolo nell’industria automobilistica.
Che cos’è il LiDAR e come funziona?
Il LiDAR è una tecnologia utilizzata nelle auto per creare mappe 3D ad alta risoluzione dell’ambiente circostante del veicolo.
Il LiDAR utilizza impulsi laser per determinare le distanze misurando il tempo che impiega un segnale luminoso a viaggiare fino a un oggetto e tornare indietro. Questo sistema è composto da tre componenti principali:
- Emettitore laser: Proietta fasci laser nell’ambiente.
- Ricevitore del sensore: Rileva il segnale luminoso di ritorno.
- Unità di elaborazione: Interpreta i dati per creare una mappa 3D.
La formula di base utilizzata è:
Distanza = (Velocità della luce x Tempo di viaggio)/2
Il LiDAR opera a lunghezze d’onda nel vicino spettro infrarosso (850 nm a 1550 nm). La maggior parte dei sistemi automobilistici utilizza 905 nm per l’economicità, ma i sistemi di alta gamma possono utilizzare 1550 nm per raggiungere una maggiore portata e sicurezza per gli occhi umani.
Applicazioni del LiDAR nelle automobili
1. Guida autonoma
Il LiDAR è un elemento fondamentale della tecnologia di guida autonoma. Il LiDAR consente ai veicoli di “vedere” il loro ambiente in tempo reale, rilevando ostacoli, confini stradali e altri veicoli. Ad esempio:
- I veicoli autonomi di Waymo si basano fortemente sul LiDAR per una percezione a 360 gradi.
- Tesla, d’altra parte, opta per sistemi basati sulla visione senza LiDAR.
2. Sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS)
Anche nei veicoli non completamente autonomi, il LiDAR migliora caratteristiche come:
- Controllo della velocità adattativo: Mantenere distanze di sicurezza.
- Frenata d’emergenza: Rilevazione di pedoni e veicoli negli angoli ciechi.
- Assistenza nel mantenimento della corsia: Creazione di modelli di corsia precisi.
3. Mappatura e localizzazione
Il LiDAR crea mappe 3D dettagliate utilizzate per la navigazione. Queste mappe aiutano le auto autonome a localizzarsi con precisione a livello di centimetri, in particolare in ambienti complessi come le aree urbane.
Confronto con altre tecnologie di rilevamento
Il LiDAR eccelle nella consapevolezza spaziale e nella risoluzione, ma presenta limitazioni in termini di costo e sensibilità alle condizioni meteorologiche.
Sistemi LiDAR attuali nelle automobili
1. LiDAR meccanico
I sistemi LiDAR tradizionali utilizzano specchi rotanti per fornire copertura a 360 gradi. Esempi includono:
- Velodyne HDL-64E: Ampiamente utilizzato nei prototipi di veicoli autonomi iniziali.
- Costo: Oltre 70.000 USD per sistema (ora in diminuzione).
2. LiDAR a stato solido
I modelli LiDAR più recenti eliminano le parti mobili per aumentare la durata e ridurre i costi. Esempi:
- InnovizOne: Compatto ed economico, utilizzato da BMW.
- Costo: Circa 1.000 USD (si prevede che la produzione di massa riduca ulteriormente il costo).
3. LiDAR a onda continua modulata in frequenza (FMCW)
Questa tecnologia emergente offre vantaggi nella rilevazione a lungo raggio e nell’immunità all’interferenza della luce solare. Esempio: Aeva FMCW LiDAR.
Sfide dell’integrazione del LiDAR nelle automobili
1. Costo:
I sistemi LiDAR sono costosi, anche se i prezzi stanno diminuendo grazie ai progressi tecnologici e alla produzione di massa.
2. Impatto delle condizioni meteorologiche:
Pioggia, nebbia e neve disperdono i segnali laser, riducendo l’accuratezza. Le aziende stanno lavorando su algoritmi per mitigare questo impatto.
3. Consumo energetico:
I sensori LiDAR ad alta risoluzione richiedono una notevole potenza di elaborazione.
4. Dimensioni e integrazione:
I design ingombranti dei primi sistemi LiDAR non sono adatti per design automobilistici eleganti. Il LiDAR a stato solido affronta questa sfida.
Esempi nel mondo reale
1. Waymo:
Il progetto di guida autonoma di Google utilizza sensori LiDAR personalizzati, sostenendo una percezione superiore a una distanza di 300 metri.
2. Audi A8:
L’Audi A8 2019 è stata la prima automobile di produzione a includere il LiDAR (Valeo Scala) per l’autonomia di livello 3, capace di guida automatizzata in autostrada.
3. Partnership tra Luminar e Volvo:
L’EX90 di Volvo utilizza il LiDAR di Luminar per la sicurezza avanzata, rilevando oggetti fino a 250 metri di distanza.
Tendenze future nella tecnologia LiDAR
1. Riduzione dei costi:
La produzione di massa e i progressi, come l’integrazione su scala dei chip, dovrebbero ridurre i costi del LiDAR a meno di 500 USD per sistema entro il 2030.
2. Miniaturizzazione:
I sensori LiDAR stanno diventando più piccoli e discreti, consentendo un’integrazione senza soluzione di continuità nei design delle auto.
3. Maggiore portata e risoluzione:
I LiDAR di nuova generazione puntano a rilevare oggetti oltre i 400 metri con dettagli migliorati.
4. Sistemi ibridi:
La combinazione di LiDAR con telecamere e radar rimarrà probabilmente lo standard d’oro per i veicoli autonomi.
Il LiDAR è una tecnologia fondamentale che sta plasmando il futuro della mobilità. Il LiDAR offre un’accuratezza senza pari nella mappatura e nella percezione, rendendolo indispensabile per i veicoli autonomi e le funzioni di sicurezza avanzate. Sebbene rimangano delle sfide, l’innovazione continua e la collaborazione tra i produttori di automobili e i produttori di LiDAR promettono un futuro in cui il LiDAR diventerà una caratteristica standard nelle auto, promuovendo un trasporto più sicuro ed efficiente.
