LiDAR (Light Detection and Ranging) to technologia wykrywania odległości i skanowania przestrzeni przy użyciu impulsów światła laserowego. System działa podobnie jak radar, ale wysyła wiązki laserowe, mierząc czas potrzebny na odbicie się światła od obiektu i powrót do czujnika. Dzięki pomiarom punktów LiDAR tworzy szczegółowe mapy 3D otoczenia z dokładnością do kilku centymetrów. Technologia ta znalazła zastosowanie w samochodach autonomicznych, dronach mapujących teren, smartfonach z zaawansowanym aparatem, robotach sprzątających oraz w robotyce przemysłowej wymagającej precyzyjnej nawigacji.

Mechanizm pomiaru czasu i chmura punktów

Zasada działania opiera się na prostym równaniu fizycznym - odległość równa się prędkość razy czas. Urządzenie LiDAR wysyła krótki impuls światła laserowego, zwykle w zakresie podczerwieni niewidocznej. Światło odbija się od obiektu i wraca do detektora. System mierzy czas między wysłaniem a powrotem. Jeśli światło wróciło po 0,000001 sekundy to obiekt znajduje się około 150 metrów dalej - światło pokonało 300 metrów przy prędkości 300 tysięcy kilometrów na sekundę. Nowoczesne systemy LiDAR wysyłają setki tysięcy impulsów na sekundę. Tworzą gęstą chmurę punktów opisującą otoczenie. Wirujący mechanizm kieruje wiązką w różne strony skanując 360 stopni wokół urządzenia.

Zastosowanie w robotyce domowej

W robotach sprzątających LiDAR pełni rolę podstawowego sensora nawigacyjnego. Pozwala urządzeniu tworzyć dokładne mapy pomieszczeń, a co za tym idzie, poruszać się znacznie bardziej przewidywalnie niż modele oparte wyłącznie na kamerach lub zderzakach. Laserowy skaner obracający się na górze robota mierzy odległość do ścian, mebli i przeszkód. Następnie generuje trójwymiarowy obraz otoczenia, dzięki czemu robot potrafi planować optymalne trasy oraz omijać przeszkody. Dzięki temu cykl sprzątania jest krótszy i bardziej efektywny. Użytkownik może też tworzyć w aplikacji wirtualne strefy zakazane czy harmonogramy sprzątania dla wybranych fragmentów powierzchni. Tego typu LiDAR-y mają mniejszy zasięg - zwykle kilkanaście do kilkudziesięciu metrów - ale są wystarczające do pracy w domu. Ich wadą pozostaje wrażliwość na kurz osiadający na wieżyczce oraz gorsze działanie w bardzo jasnym świetle słonecznym. W zamian oferują dużą precyzję i powtarzalność.

Lidar w motoryzacji autonomicznej

LiDAR znajduje szerokie zastosowanie również w samochodach autonomicznych. Łączy zalety kamer i radarów: tworzy trójwymiarowy obraz otoczenia oraz bardzo precyzyjnie określa położenie pojazdów, pieszych czy rowerzystów. W przeciwieństwie do kamer, które „widzą płasko” i mają trudności z oceną odległości, oraz radarów, które nie oddają dokładnych kształtów, LiDAR aktywnie oświetla przestrzeń laserem, dzięki czemu działa skutecznie także w nocy i we mgle.