Lidar, radar, cámaras: la tecnología de sensores de los coches autónomos

El volante se mueve como por arte de magia, el coche sigue al vehículo de delante y mantiene la distancia correcta. Sin embargo, aquí no intervienen Harry Potter ni otros magos, sino una serie de sistemas de asistencia que, a su vez, dependen de la información suministrada por sensores que escanean meticulosamente el entorno.

En su función de asistente en atascos, el asistente Drive Pilot del nuevo Mercedes-Benz Clase S permite al coche circular de forma autónoma a una velocidad máxima de 60 km/h en autopistas, y para ello incorpora numerosos sensores de diversa índole. "El coche asume el control solo cuando se cumplen determinadas condiciones externas", señala Gregor Kugelmann, director de la división de Desarrollo de Sistemas de Asistencia de Mercedes-Benz.

Uno de estos asistentes sensoriales es la cámara estereoscópica, que, según afirma el profesor Christoph Stiller, del Instituto de Tecnología de Medición y Control del Instituto Tecnológico de la ciudad alemana de Karlsruhe (KIT), es lo más parecido al ojo humano. Sin embargo, destaca el académico, los vehículos necesitan algo más que dos lentes para tener una visión completa.

Las cámaras instaladas en todo el perímetro del vehículo pueden ver esencialmente lo mismo que los humanos. Esto incluye las marcas de los carriles, los colores de los semáforos y las señales de tráfico. La desventaja de la cámara estereoscópica es su alcance limitado a un máximo de 80 metros, lo que no es mucho cuando se conduce rápido.

Los sistemas de radar son mejores para la visión a larga distancia, pero, según Christoph Stiller, no reconocen el color de los semáforos, las señales de tráfico o las marcas de la calzada. La tecnología correspondiente se utiliza en los vehículos desde el año 2000, por ejemplo, para el control de crucero a distancia.

A diferencia de la cámara, el sistema de radar funciona de forma activa emitiendo y captando microondas. Esta medición de la distancia basada en el principio del eco también funciona en la oscuridad y hasta 300 metros de distancia. La tecnología utiliza el llamado efecto "doppler", según el cual la frecuencia recibida por el observador varía según la fuente emisora de sonido se aproxime o se aleje de este.

"Un radar es muy bueno para medir la velocidad y es ideal para detectar objetos en movimiento", afirma el profesor Markus Lienkamp, del Departamento de Ingeniería del Automóvil de la Universidad Técnica de Múnich (TMU).

El funcionamiento de los sensores lidar parece casi futurista. A diferencia de los radares, estos sistemas no emiten microondas, sino rayos láser focalizados. Esto permite a un lidar escanear puntos individuales en el entorno midiendo el tiempo entre la transmisión y la recepción y utilizando los datos obtenidos para calcular la distancia.

Los sistemas lidar crean una imagen con alrededor de un millón de píxeles por segundo a partir de muchos de estos reflejos. El resultado es una nube de puntos tridimensional que representa el entorno con mayor resolución que una imagen de radar. Esto le permite mapear objetos complejos y distinguir a un peatón de un coche, por ejemplo.

Un lidar reconoce las marcas de los carriles de forma limitada, y tampoco distingue los colores de los semáforos. "Una de las principales ventajas del sistema radica en la detección precoz de los peatones, que, a diferencia de los coches o los vehículos de dos ruedas, ofrecen poco metal que emita los reflejos en los que se basa un radar", afirma el profesor Stiller. Por lo tanto, puntualiza, cada tipo de sensor ofrece ventajas e inconvenientes, pero si se combinan, hacen posibles las funciones de conducción automática.

"Desde un punto de vista puramente técnico, una cámara estereoscópica o un lidar también serían suficientes para la conducción automatizada", afirma Christoph Stiller. Sin embargo, prosigue, esto sería menos fiable y seguro. Además, los fabricantes de automóviles apuestan por mapas digitales de alta resolución que contienen, por ejemplo, la posición de los bordes de los carriles con una precisión de unos cinco centímetros.

Los ultrasonidos, por cierto, solo desempeñan un papel secundario en la tecnología de sensores de la conducción automatizada, ya que solo pueden detectar objetos en un área circundante de unos diez metros. Estos sistemas se utilizan, por ejemplo, como asistentes para aparcar.

El radar y el lidar pueden determinar las distancias con precisión, los humanos solo pueden estimarlas. Por otro lado, los conductores pueden evaluar mejor las situaciones basándose en su experiencia. Además, estos reconocen patrones y comprenden escenas, y pueden reaccionar ante ellos. "Ningún ordenador está en condiciones de resolver estos complejos comportamientos", afirma Markus Lienkamp.

Para los vehículos automatizados, los fabricantes utilizan diferentes tecnologías que funcionan de forma redundante según el lema: dos es mejor que uno.

En el Mercedes, hay un lidar en la parte delantera para la visualización del entorno en 3D, así como un radar para la medición de la distancia y la velocidad. Una cámara estereoscópica en el parabrisas proporciona la captura óptica de imágenes. Otra cámara en la cabina supervisa el nivel de atención de la persona al volante.

En el paso de rueda, un sensor capta si la carretera está muy mojada, ya que, en caso de lluvia intensa, se requiere la intervención del conductor. Y en el techo hay además una antena sensible que transmite la posición exacta, que a su vez se compara con mapas de alta resolución.

Los sensores ultrasónicos escanean el entorno del vehículo y detectan si hay alguien junto al coche, como niños jugando. Una cámara en la luneta trasera y unos micrófonos detectan las luces azules y los vehículos de emergencia y garantizan que el coche se desplace a un lado para dar paso a un vehículo en caso de urgencia.

Desde diciembre de 2021, Mercedes-Benz es el primer fabricante homologado por la Autoridad Alemana de Transporte por Carretera (KBA) para utilizar la nueva función, que corresponde al llamado nivel 3 en la clasificación de cinco etapas de las funciones de conducción automatizada. El fabricante ofrece el equipamiento como opción en la Clase S y en la berlina eléctrica EQS.

En los próximos diez años, todos los vehículos con una función de nivel 3 para la "conducción altamente automatizada" se basarán en la combinación de los distintos sensores. "Después de los vehículos de la clase de lujo, la tecnología también se abrirá camino en otras clases, porque será más asequible", afirma Stiller.

Lienkamp también parte de la base de que en el futuro todos los vehículos automatizados estarán equipados con una tecnología de sensores completa. Según el docente universitario, en el caso de los vehículos de nivel 4 para la "conducción totalmente automatizada", la tecnología de los sensores apenas cambiará, pero sí lo harán los algoritmos y el software de los sistemas que pueden tomar el control de forma permanente en las autopistas. Esto significa que en el futuro los volantes funcionarán con mayor precisión y seguirán el tráfico con mayor exactitud.

dpa