Nature dergisinde yayımlanan araştırmaya göre geliştirilen özel bir sensör çipi, bir nesnenin hem ne kadar uzakta olduğunu hem de ne kadar hızlı hareket ettiğini aynı anda ölçebiliyor. Araştırmacılar bu nedenle sistemi “4 boyutlu görüntüleme” olarak tanımlıyor. Çünkü sistem yalnızca üç boyutlu bir harita çıkarmıyor, aynı zamanda hareket bilgisini de ekleyerek çevreyi daha detaylı şekilde analiz edebiliyor.
Bugün robotlar, dronlar ve otonom araçlar çevrelerini görmek için çoğunlukla LiDAR adı verilen sensörleri kullanıyor. LiDAR sistemi, çevreye lazer ışığı gönderip geri dönen ışığı ölçerek nesnelerin uzaklığını hesaplayan bir teknoloji. Basit bir örnekle anlatmak gerekirse, sensör bir ışık gönderiyor, ışık bir duvara ya da araca çarpıp geri dönüyor ve sistem bu dönüş süresine bakarak nesnenin ne kadar uzakta olduğunu hesaplıyor. Böylece makine çevresinin üç boyutlu bir haritasını oluşturabiliyor. Ancak mevcut sistemlerin önemli bir eksikliği bulunuyor. Çoğu sensör nesnelerin nerede olduğunu gösterebilirken, aynı anda o nesnenin ne kadar hızlı hareket ettiğini anlamakta zorlanabiliyor. Bu durum özellikle hareketli ve kalabalık ortamlarda robotların karar vermesini zorlaştırabiliyor.
Araştırmacıların geliştirdiği yeni sensör bu soruna çözüm getirmeyi amaçlıyor. Tek bir silikon çip üzerine yerleştirilen sistemin içinde 61 bin 952 küçük sensör bulunuyor. Bu sensörlere piksel deniliyor. Piksel, telefon kameralarında görüntüyü oluşturan en küçük nokta olarak düşünülebilir. Ancak burada önemli bir fark var. Bu yeni sistemde her piksel yalnızca veri toplayan bir nokta değil. Aynı zamanda lazer ışığı gönderiyor ve geri dönen ışığı da algılıyor. Yani tek bir piksel hem ışık gönderen hem de geri dönen ışığı ölçen bir mini sensör gibi çalışıyor. Bu sayede sistem daha küçük, daha düzenli ve daha ucuz üretilebilir bir yapıya kavuşuyor.
En önemli farkı ölçüm sistemi
Yeni sensörün en önemli özelliği ise kullandığı ölçüm yöntemi. Geleneksel LiDAR sistemleri kısa lazer darbeleri gönderir ve ışığın geri dönme süresini ölçer. Yeni geliştirilen çip ise sürekli bir lazer ışığı kullanıyor. Bu ışık bir nesneye çarpıp geri döndüğünde dalga özelliklerinde çok küçük değişimler meydana geliyor. Sensör bu değişimleri analiz ederek iki bilgiyi aynı anda hesaplayabiliyor. Birincisi nesnenin uzaklığı, ikincisi ise o nesnenin hareket hızı. Bu nedenle araştırmacılar teknolojiyi “4 boyutlu görüntüleme” olarak adlandırıyor. Buradaki dördüncü boyut, hareket yani hız bilgisini ifade ediyor.
Bilim insanları geliştirdikleri sistemi farklı testlerde denedi. Sensör kapalı alanlarda yaklaşık 6 ile 11 metre uzaklıktaki sahneleri tarayarak üç boyutlu dijital haritalar oluşturdu. Daha sonra yaklaşık 65 metre uzaktaki bir bina incelendi. Sistem bu mesafeden pencere ve balkon gibi mimari detayları ayırt edebildi. Bir başka deneyde ise dönen bir disk kullanıldı ve sensör diskin dönüş hızını anlık olarak ölçmeyi başardı. Bu sonuçlar, sistemin yalnızca sabit nesneleri değil hareket eden nesneleri de aynı anda takip edebildiğini gösterdi.
Araştırmanın dikkat çeken bir diğer yönü de sensörün ölçeği. Geliştirilen çip 352 x 176 piksellik bir görüntüleme dizisine sahip ve içinde 600 binden fazla optik bileşen bulunuyor. Bu bileşenler ışığı üretmek, yönlendirmek ve algılamak için kullanılan çok küçük yapılar. Bu kadar karmaşık bir sistemin tek bir çip üzerinde toplanması, teknolojinin ileride daha küçük cihazlarda kullanılabilmesini mümkün kılabilir. Araştırmacılar bu yapının, üç boyutlu dünyayı algılayan sensörler için adeta bir “kamera sensörü” standardı oluşturabileceğini düşünüyor.
Bilim insanlarına göre bu teknoloji gelecekte birçok alanda kullanılabilir. Otonom araçlar çevredeki araçların ve yayaların hem konumunu hem de hareket hızını daha doğru algılayabilir. Robotlar karmaşık ortamlarda daha güvenli şekilde hareket edebilir. Dronlar çevredeki engelleri daha iyi tespit edebilir. Ayrıca artırılmış gerçeklik sistemleri ve dijital kameralar gibi teknolojilerde de daha gelişmiş derinlik algılama sistemleri ortaya çıkabilir.
Araştırmacılar yine de teknolojinin henüz geliştirme aşamasında olduğunu vurguluyor. Mevcut sistem yaklaşık 65 metre mesafede etkili şekilde çalışabiliyor. Ancak bazı teknik iyileştirmelerle bu mesafenin 200 metrenin üzerine çıkarılması mümkün olabilir. Çözünürlüğün artırılması ve sensörün daha hızlı çalışması için de çalışmalar devam ediyor.
Bilim insanları bu tür sensörlerin gelecekte makinelerin çevreyi çok daha iyi anlamasını sağlayacağını düşünüyor. Yeni geliştirilen çip sayesinde robotlar yalnızca etraflarındaki nesnelerin nerede olduğunu değil, nasıl hareket ettiklerini de anında algılayabilecek.
Kaynak: Nature