حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
چگونه گرافن می‌تواند حسگر تصویر را در خودروهای خودگردان متحول کند؟

چگونه گرافن می‌تواند حسگر تصویر را در خودروهای خودگردان متحول کند؟

تاریخ : ۱۴۰۰/۰۷/۰۶ تعداد بازدید :‌ ۱۴۶
موضوعات : خودرو
نویسندگان : فائزه باغانی-مترجم
در حال حاضر موفقیت یا شکست یک خودروهای خودگردان بستگی به این دارد که سیستم رانندگی آن چگونه در شرایط خطرناک تصمیمات ثانیهای را مدیریت کند. برای اینکه خودروهای بدون راننده از نظر تجاری ایمن‌تر و مقرون‌به‌صرفه تر باشند، پروژه AUTOVISION Spearhead از کنسرسیوم Graphene Flagship مستقر در اروپا در حال ایجاد یک جسگر جدید با وضوح بالا مبتنی بر گرافن است. این امر به شناسایی سریع موانع و تغییرات جاده‌ای، حتی در شرایط رانندگی غیرمعمول و چالش برانگیز کمک خواهد کرد.

پروژه AUTOVISION Spearhead چگونه فناوری فعلی خودران را متحول خواهد کرد؟

فناوری حسگر خودروهای خودران (self-driving vehicle) کنونی، از دوربین‌های نور مرئی برای شناسایی موانع و تغییرات در شرایط جاده استفاده می‌کند. با این حال، این دوربین‌ها در مه شدید کافی نیستند. خودروهای خودگردان (Autonomous cars) نیز حسگرهای LiDAR را به کار می‌گیرند که شامل ارسال پالس‌های لیزری و بازتاب آنها برای اندازه‌گیری فاصله‌ها و اسکن مناطق اطراف است. متاسفانه، فناوری LiDAR برای استفاده در جلوگیری از تصادف خودرو بسیار کند است.

پروژه Autovision بر توسعه حسگرهای تصویری نیم‌رسانای اکسید-فلز مکمل (CMOS) تمرکز دارد از گرافن و فناوری نقطه کوانتومی استفاده می‌کند. در طی این پروژه سه‌ساله، پژوهش‌ها به بهبود حساسیت، اندازه پیکسل و سرعت عملکرد حسگر تصویر با رزولوشن بالا برای خودروهای خودگردان کمک خواهد کرد.

فناوری حسگر خودروهای خودران تابش مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) را تشخیص می‌دهد. دستگاه‌هایی که روی این بخش از طیف تمرکز دارند، با اختلال و پراکندگی نور محیط بسیار کمتری مواجه هستند. به همین دلیل، آن‌ها می‌توانند تصاویر واضح‌تری تولید کنند. دوربین‌های SWIR معمولاً از موادی با هزینه‌های بالا و درجه تولید پایین ساخته می‌شوند. این امر بر استفاده آنها در بازارهای مختلف تأثیر منفی می‌گذارد.

 

استفاده از تراشه‌های CMOS در صنایع الکترونیک

در صنعت بزرگ‌تر الکترونیکی، تراشه‌های CMOS در مرکز یک تحول فنی در حال پیشرفت قرار دارند. این تراشه‌ها هم مدارهای جمع و جور و مقرون‌به‌صرفه و هم حسگرهای تصویری با وضوح بالا را امکان‌پذیر ساخته است. با این حال، تنوع فناوری محدود شده است زیرا CMOS به سختی با نیمه‌رساناهای ساخته شده از سیلیکون ترکیب می‌شود.

به تازگی، گرافن با موفقیت در یک مدار CMOS ادغام و برای تصویربرداری با رزولوشن بالاتر از نور مرئی، فرابنفش و مادون‌قرمز استفاده شد.

ظرفیت یک حسگر CMOS برای دید در مادون‌قرمز به این معنی است که می‌تواند به راحتی در سیستم ترمز اتوماتیک خودرو بدون راننده گنجانده شود. این حسگر می‌تواند در نور کم بد و شرایط بد آب و هوایی مورد استفاده قرار گیرد. سیستم‌های جلوگیری از برخورد گرافنی به افزایش استقبال گسترده از فناوری حسگر خودروهای خودران کمک می‌کند.

در سال ۲۰۲۰، سازمان‌های عضو تحت حمایت Autovision تکنیکی را برای رشد و انتقال گرافن در مقیاس ویفر اعلام کردند که از تجهیزات استاندارد نیمه‌رسانا استفاده می‌کند. اعضای پروژه همکاری کردند تا مجموعه‌ای از تست‌های مربوط به دوربین را طراحی کنند تا حسگر Autovision با دوربین‌های مرئی، دوربین‌های SWIR و سیستم‌های LiDAR رقابت کند.

اگر پروژه Autovision خودروهای بدون راننده را به عنوان نوع پیش‌فرض خودروها در نظر بگیرد، این پتانسیل را دارد که تا 90 درصد از تصادفات خودروها جلوگیری کند، که می‌تواند جان افراد بی شماری را نجات دهد و میلیاردها دلار را حفظ کند. همچنین انتظار می‌رود خودروهای بدون راننده میزان آلایندگی کربن را کاهش داده و ترافیک را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.

 

رشد فناوری حسگر CMOS

حسگرهای CMOS به طور فزاینده به کاربردهای جدیدتر و پیچیده‌تر راه پیدا می‌کنند و انتظار می‌رود هوش مصنوعی این فناوری را حتی بیشتر جلو ببرد.

سازندگان قطعات الکترونیکی در حال پیاده‌سازی و اصلاح ساختار حسگر جدید هستند که نسبت سیگنال به نویز، حساسیت و محدوده دینامیکی برای دوربین‌هایی که در وضعیت‌های کم‌نور به کار می‌روند را افزایش می‌دهد. به عنوان مثال، شرکت سونی در سنسور 5 مگاپیکسلی 1.75 میکرومتر CMOS، که در سال 2009 معرفی شد، پیچیدگی و هزینه‌های مربوط به ساخت را کاهش داد.

عملکرد CMOS می‌تواند به طور قابل‌توجهی برای استفاده در سرعت بالا با استفاده از طرح‌های "گلوبال شاتر" برخلاف طرح‌های "رولینگ شاتر"، افزایش یابد. در حالی که حسگرهای رولینگ شاتر مقرون‌به‌صرفه هستند، آن‌ها در نتیجه حرکت سریع اجسام یا دوربین‌های متحرک، آثار ناخواسته‌ای را تولید می‌کنند.

یک رولینگ شاتر یک تصویر را به صورت عمودی، از بالا به پایین اسکن می‌کند، در حالی که یک گلوبال شاتر یک تصویر کامل را ثبت می‌کند. در نتیجه، طرح‌های گلوبال شاتر نویز بیشتری تولید می‌کنند و دامنه دینامیکی کمتری دارند. این کمبودها را می‌توان کاهش داد اما با هزینه‌های بسیار بیشتر. با این حال، نتایج با نور کم و سرعت بالا از طرح‌های گلوبال شاتر بسیار بهتر از رولینگ شاتر هستند.

علاوه بر استفاده از طرح‌های گلوبال شاتر، حسگرهای تصویری با وضوح بالا برای خودروهای خودگردان باید از هوش مصنوعی برای ترمز دقیق و جلوگیری از برخورد، به ویژه در سرعت‌های بالا استفاده کنند.

فناوری حسگر CMOS همچنین می‌تواند طیف وسیعی از فناوری‌های نوظهور را ایجاد کند. ماشین‌ها و یا ربات‌ها می‌توانند از آن برای تشخیص عیب در قطعات کوچک با سرعت بالا برای تضمین کیفیت، نگهداری و یا اهداف جمع‌آوری داده‌ها استفاده کنند.

با توجه به اینکه بخش‌های اجرای قانون در شهرهای بزرگ از فناوری حسگر CMOS برای نظارت در شرایط کم نور استفاده می‌کنند، ترکیب هوش مصنوعی و داده‌های بیومتریک به جلوگیری از فرار جنایتکاران از جرم کمک می‌کند. اقدامات اولیه برای یافتن افراد گم‌شده با استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین برای تشخیص نشانه‌های دقیق زندگی انسان می‌تواند باعث صرفه‌جویی در زمان و نجات جان افراد شود.

فناوری پیشرفته حسگر CMOS در حال حاضر در مأموریت مریخ نورد Mars Perseverance که در فوریه 2021 بر مریخ فرود آمد، مورد استفاده قرار گرفت. در حالی که حسگرهای CMOS و CCD در این مأموریت مورد استفاده قرار گرفتند، انتظار می‌رود که حسگرهای CMOS در طول زمان قابل‌اطمینان‌تر باشند چون حسگرهای CCD در برابر تخریب انتقال بار آسیب‌پذیر هستند.

 

درباره نویسنده «برت اسمیت»

برت اسمیت (Brett Smith) نویسنده مستقل اهل آمریکا و دارای مدرک کارشناسی در رشته روزنامه‌نگاری از کالج ایالتی بوفالو است و ۸ سال سابقه کار در یک آزمایشگاه حرفه‌ای را دارد.

او در ابتدا زندگی حرفه‌ای خود را به عنوان یک تکنیسین آزمایشگاه در بخش خصوصی آغاز کرد. پس از آن متوجه شد که مهارت‌های ذاتی او بیشتر مناسب کار کردن با کلمات است تا اعداد. او مدرک روزنامه‌نگاری را دنبال کرد و پس از سال‌ها کار موفق در محیط آزمایشگاه، حرفه خود را به عنوان یک نویسنده مستقل شروع کرد. در نهایت، او توانست با تمرکز تخصص خود بر روزنامه‌نگاری علمی، غذا و فرهنگ کسب‌وکار مستقل خود را تأسیس کند.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code