Vào một thời điểm nào đó trong tương lai gần, xe tự hành (AV) sẽ trở thành hình ảnh phổ biến trên đường. Không cần trình điều khiển hoặc đầu vào của con người, AV, còn được gọi là xe tự lái, sẽ yêu cầu các cảm biến và máy tính hoạt động cùng nhau để đọc đường và môi trường xung quanh.
Hầu hết các thiết bị hỗ trợ người lái tiên tiến ngày nay đều sử dụng kết hợp radar và sonar để đưa ra cảnh báo về các mối đe dọa không nhìn thấy được và giúp dừng phương tiện trước khi xảy ra va chạm. Lidar là một công nghệ có thể thực hiện các chức năng tương tự như radar và sonar, nhưng nó là một hệ thống thế hệ tiếp theo có thể là lựa chọn tốt nhất cho khả năng “nhìn thấy” của AV. Khi các nhà sản xuất ô tô và các công ty khác chuyển sang thử nghiệm và lái xe trong thế giới thực, rõ ràng là các cảm biến và công nghệ thế hệ tiếp theo cung cấp chức năng hấp dẫn.
Khái niệm về LIDAR
Lidar là công nghệ “phát hiện ánh sáng và phạm vi” (tạm dịch). Các hệ thống sử dụng tia laser để lập bản đồ mô hình ba chiều của môi trường. Việc sử dụng ánh sáng của Lidar cho phép nó lập bản đồ môi trường nhanh chóng và chính xác hơn các hệ thống sử dụng âm thanh (sonar) hoặc vi sóng (radar). Lidar được NASA phát triển để theo dõi các vệ tinh và khoảng cách trong không gian nhưng đã được chọn để sử dụng trong các ngành công nghiệp khác vào giữa những năm 1990, khi Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ sử dụng lidar để theo dõi sự phát triển của thảm thực vật ven biển.
Kể từ đó, công nghệ đã phát triển và các hệ thống Lidar đã trở nên nhỏ hơn và thậm chí còn chính xác hơn. Điều này đã làm cho Lidar trở thành một lựa chọn hấp dẫn để bổ sung “mắt” cho các phương tiện tự lái, vì các phương tiện này cần nhanh chóng phát triển hình ảnh về thế giới xung quanh để tránh va vào người đi bộ, động vật, chướng ngại vật và các phương tiện khác.
Các hệ thống Lidar lập bản đồ môi trường của chúng bằng cách gửi các xung laser ra bên ngoài. Khi xung tiếp xúc với một vật thể hoặc chướng ngại vật, nó sẽ phản xạ hoặc dội ngược trở lại bộ phận nắp. Sau đó, hệ thống sẽ nhận xung và tính toán khoảng cách giữa nó và đối tượng, dựa trên thời gian đã trôi qua giữa việc phát xung và nhận chùm tia phản hồi.
Lidar thực hiện điều này một cách nhanh chóng, với một số phát ra hàng triệu xung mỗi giây. Khi các chùm tia quay trở lại hệ thống, nó bắt đầu hình thành một bức tranh về những gì đang diễn ra trên thế giới xung quanh chiếc xe và có thể sử dụng các thuật toán máy tính để ghép các hình dạng cho ô tô, con người và các chướng ngại vật khác.
Thực tế, LiDAR thực sự có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Các nhà khảo cổ có thể sử dụng nó để chuẩn bị địa điểm đào và các phương tiện tự hành dựa vào khả năng xây dựng bản đồ 3D thời gian thực về môi trường xung quanh chúng. LiDAR thậm chí còn được sử dụng để tạo bản đồ đường đua có độ chính xác cao và thực tế cao trong các trò chơi điện tử, như Project CARS. Ngoài ra, súng bắn tốc độ của cảnh sát cũng sử dụng LiDAR.
Ứng dụng cảm biến LIDAR
Công nghệ cảm biến LiDAR trên ô tô lần đầu tiên xuất hiện vào năm 2018 khi mà một hãng xe nổi tiếng sử dụng cảm biến LiDAR gắn trên xe tải để thiết lập bản đồ 3D chính xác. Mọi dữ liệu sẽ được đưa vào các dòng xe 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 cực kỳ cao.
Tuy nhiên, giai đoạn này chi phí phát triển công nghệ cảm biến LiDAR vẫn còn quá cao đối với sản xuất ô tô. Do đó, việc hiện thực hóa giấc mơ xe tự hành vẫn chưa thể phổ biến được trong khoảng thời gian này.
Cùng với sự bùng nổ và phát triển của công nghệ, những cảm biến va chạm trên ô tô phổ biến hiện nay đa phần chỉ là công cụ đo khoảng cách từ xe đến vật thể phía trước, khoảng cách và tốc độ tương đối của vật thể đó. Những cảm biến này không đủ nhạy cảm để phân biệt giữa hình dạng, kích thước, những chướng ngại vật nhỏ hơn sẽ khó phát hiện. Do đó, công nghệ LiDAR trên các cấp độ xe ô tô tự lái và ô tô điện là lựa chọn lý tưởng để cải thiện nhược điểm của công nghệ cũ hơn trong quá trình vận hành và phát triển của ngành công nghiệp ô tô..
Một hệ thống LiDAR hiện đại có thể gửi hàng triệu chùm tia laser mỗi giây ra mọi hướng, sau đó nhận lại dữ liệu phản hồi và cung cấp thông tin từ cảm biến cho máy tính để thiết lập bản đồ 3D của môi trường xung quanh theo thời gian thực.
Với hệ thống máy tính đủ mạnh, Lidar được sử dụng để theo dõi các đối tượng chuyển động có kích thước nhỏ bằng một chú cún con, dự đoán hướng đi của chúng, phân biệt giữa các chướng ngại vật tiềm ẩn trong môi trường xung quanh xe, tự điều khiển xe ôm những khúc cua gắt một cách an toàn nhất.
Nhược điểm
Lidar được coi là tiêu chuẩn cho nhiều công ty làm việc trên các phương tiện tự hành, nhưng công nghệ này không được tất cả các nhà sản xuất ô tô chấp nhận hoàn toàn. Tesla và người sáng lập Elon Musk đã chỉ trích Lidar là động lực thúc đẩy nhận thức về AV, bởi vì công nghệ này chỉ tái tạo hình ảnh về môi trường xung quanh chứ không phải là hình ảnh đại diện cho những gì đang diễn ra.
Một ví dụ trong số này là với những chướng ngại vật nhỏ trên đường. Lidar thừa khả năng xác định rằng có thứ gì đó trên đường cần phải tránh, nhưng không thể nói chính xác thứ mà nó đang nhìn. Đối với lidar, một quả bóng bay lơ lửng giữa đường trông giống hệt một tảng đá lớn, vì vậy có những lúc một mối đe dọa không phải là mối đe dọa được coi trọng và những lúc một mối đe dọa thực sự có thể không được công nhận như vậy. Trong môi trường chân không, đây không phải là một vấn đề lớn, nhưng trong thế giới thực, việc một phương tiện hiểu sai những gì nó đang nhìn là điều không lý tưởng.
Tesla lập luận, cũng như những người khác, rằng việc sử dụng hệ thống dựa trên tầm nhìn với máy ảnh có thể đạt được nhận thức giống như hệ thống lidar mang lại, nhưng với mức độ bảo mật bổ sung đến từ hình ảnh của môi trường thực tế. Các hệ thống của Tesla sử dụng máy ảnh và học hỏi theo thời gian, điều này giúp chúng có khả năng đối phó với các môi trường không thể đoán trước tốt hơn. Chức năng đó, kết hợp với thực tế là máy ảnh hiện nay rẻ hơn nhiều so với máy ảnh lidar, đã khiến một số người đặt câu hỏi về sự cần thiết của các cảm biến đắt tiền.
Câu trả lời cho việc cảm biến hoặc máy ảnh nào sẽ là tốt nhất cho xe tự hành phức tạp hơn việc xác định liệu một chiếc xe có thể “nhìn thấy” hay không. Các thử nghiệm vẫn đang được tiến hành cho đến nay chủ yếu được thực hiện trong các môi trường hạn chế và được kiểm soát phần nào, không đại diện hoàn toàn cho các điều kiện mà AV có thể thấy hàng ngày.
Tiềm năng của cộng nghệ LIDAR
Cảm biến LiDAR là công nghệ hiện đại vượt trội, không chỉ được ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất xe ô tô, cảm biến LiDAR còn được ứng dụng trong nghiên cứu địa hình, vẽ bản đồ. Mới đây còn được ứng dụng trong iPhone 12 giúp người dùng có thể trải nghiệm những tính năng mới mẻ như: Chơi đùa với các vật thể ảo, tạo hiệu ứng cho ảnh và video, quét vật thể. Điều đó chứng minh tương lai của công nghệ cảm biến LiDAR sẽ tiếp tục rộng mở nếu được đầu tư nghiên cứu và phát triển.
Trong tương lai, hệ thống cảm biến LiDAR được nghiên cứu giảm kích thước và chi phí vận hành thì chắc chắn hệ thống này sẽ được trang bị trên nhiều xe tự lái hơn. Nhanh chóng đưa ngành công nghiệp ô tô vươn lên một tầm cao mới.
Hiện nay, một số công ty chuyên phát triển xe tự lái ở Mỹ, Trung Quốc đã tiên phong trong việc thử nghiệm xe tự lái trên đường công cộng. Những công ty công nghệ lớn với nguồn nhân lực dồi dào sẽ có nhiều khả năng đưa hệ thống cảm biến LiDAR phát triển vượt bậc, trở thành một cuộc cách mạng công nghệ xe ô tô điện và ô tô tự hành trong thời gian không xa.
