Lidar-Systeme wie dieses hier sind eine wichtige Grundlage der "Sehfähigkeiten" von selbstfahrenden Autos und anderen Robotern.

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Zukünftig sollen Lasersysteme selbstfahrenden Autos dabei helfen, die Umwelt in Echtzeit wahrzunehmen. In Kombination mit Kameras oder Radar soll das für mehr Sicherheit sorgen. Noch sind diese "Lidar"-Systeme aber zu teuer und anfällig für die beim Fahren naturgemäß auftretenden Vibrationen. Ein österreichisches Forschungsteam hat hier Fortschritte gemacht und berichtet darüber im Fachmagazin "Journal of Optical Microsystems".

Hinter "Lidar" versteckt sich die Bezeichnung "Light detection and ranging", also die Abtastung der Umgebung und Abschätzung von Distanzen mittels Licht. Um zuverlässig autonom Fahren zu können, braucht es "redundante Systeme", mit denen Stärken und Schwächen einzelner anderer Geräte zur Wahrnehmung des Umfelds ausgeglichen werden können. Lidar-Systeme senden Laserimpulse aus und detektieren das von Objekten zurückgeworfene Licht. Aus der Laufzeit des Lichts kann dann die Distanz dazu berechnet werden. Mit einer entsprechenden Menge an Laserpulsen kann mehr oder weniger die komplette Umgebung sehr rasch abgescannt werden.

200 Meter Reichweite

Ein Team um Georg Schitter vom Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) der Technischen Universität (TU Wien) und Leonhard Kormann von Infineon Technologies Austria in Graz erforscht das Potenzial dieser Technologie für das autonome Fahren. Je nach Umgebungsbedingungen schaffen aktuelle Systeme zwischen 50 und 100 Meter Entfernungen. "Fernbereichslidar sind eines der größten ungelösten Probleme an dieser Stelle", so Schitter im Gespräch mit der APA. Das Team bemüht sich daher um die Entwicklung von Lidars mit einer Reichweite um die 200 Meter. In dem Bereich sei man international unter den führenden Forschungsverbünden.

Die Wissenschafter setzen auf einen Aufbau, bei dem der Laserstrahl über einen beweglichen Spiegel in alle gewünschten Richtungen verteilt wird. Diese MEMS-Systeme (mikroelektromechanische Systeme) sind aber anfällig für Erschütterungen. Die Forscher aus Wien und Graz stellten kürzlich neue regelungstechnische Methoden vor, "über die dieser schwingende MEMS-Spiegel stabilisiert wird", erklärte Schitter. Über die Ansteuerung des Spiegels können die üblichen Vibrationen "von einigen Kilohertz" nachweislich kompensiert werden. Wird er durch Vibrationen von der gewünschten Position abgebracht, wird dies registriert und aktiv ausgeglichen. Diese Art der Störungsunterdrückung funktioniere bereits sehr gut.

Das bringe das Team näher an das Ziel, Lidar-Systeme zu bauen, die relativ günstig sind. Bisher verfügbare Geräte seien zwar für die Anwendung in Fahrzeugen gedacht, aber mit 8.000 bis 10.000 Euro für lediglich einen Sensor noch deutlich zu teuer. Gerade im Automobilbereich gehe es oft um niedrige Euro- und Centbeträge bei den Kosten für Komponenten. Schafft man einen Lidar-Sensor unter 1.000 Euro pro Stück, "wird es interessant", so Schitter. Um den Fern- und Nahbereich gut abdecken zu können, brauche man jedenfalls um die vier in etwa faustgroße Sensoren, die etwa neben den Scheinwerfern montiert sein könnten.

Günstiger wird es, wenn solche MEMS-Systeme in der Masse produziert werden können. Das ist auch die Motivation des Halbleiterproduzenten und Projektpartners Infineon. "Lidar-Sensoren im Nahbereich sind auch sehr interessant für Abbiegeassistenten bei Lastwägen", um etwa Unfälle aufgrund des toten Sichtwinkels mit Radfahrern oder Fußgängern zu vermeiden, betonte Schitter. (APA, 20.4.22)