I tosaerba robotizzati sono ottimi per tagliare l'erba, ma rappresentano un rischio di lesioni per i bambini che giocano nelle vicinanze. I sensori altamente avanzati sviluppati dai ricercatori Fraunhofer assicurano che il tosaerba si spenga quando i bambini sono nelle immediate vicinanze. Il sistema, che si basa sulla tecnologia LiDAR, utilizza un singolo impulso di luce per catturare l'intero ambiente circostante, coprendo un raggio fino a 200 metri.

I livelli di digitalizzazione e automazione sono in aumento non solo negli ambienti industriali ma anche nella nostra vita quotidiana. Sempre più persone oggi utilizzano dispositivi robotici per aspirare i pavimenti o falciare il prato, ad esempio. Allo stesso modo i veicoli autonomi negoziano il traffico sulle strade, i dispositivi robotici devono monitorare con precisione l'ambiente circostante in ogni momento per evitare di causare danni materiali o lesioni. Un recente test condotto dal gruppo tedesco per la sicurezza dei consumatori Stiftung Warentest, però, indica che non tutti i robot rasaerba svolgono questo compito in modo soddisfacente. Il test rivela, Per esempio, che quando i bambini strisciano sono nelle vicinanze, alcuni dei tosaerba studiati non si sono fermati in tempo e hanno lasciato gravi tagli sui manichini di prova. Nessuno dei dispositivi si è fermato quando una replica della mano di un bambino è stata posta di fronte a loro. Alcuni dei robot rasaerba testati si basano esclusivamente su sensori di urti, che rilevano e avviano una risposta agli ostacoli solo all'impatto. Dato che questi sensori si trovano ad una certa distanza dal suolo, le lame rotanti del dispositivo possono entrare in contatto con le estremità dei bambini prima che li identifichi come mani, braccia o gambe.

Monitoraggio tridimensionale dell'ambiente circostante

L'Istituto Fraunhofer per circuiti e sistemi microelettronici IMS di Duisburg sta sviluppando sensori ottici altamente avanzati che misurano l'area circostante in 3-D. Incorporano la tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging), che misura la distanza dall'oggetto in base al tempo impiegato per il ritorno di un impulso luminoso emesso. La luce laser pulsata viene riflessa dalla superficie degli oggetti con cui viene a contatto. Utilizzando fotocamere per immagini a tempo di volo, il dispositivo LiDAR cattura quindi i segnali riflessi. La distanza e la posizione degli oggetti, nonché la velocità con cui si muovono, viene calcolata in base al tempo impiegato dalla luce per raggiungere l'oggetto e tornare indietro.

I sensori utilizzano una tecnologia di elaborazione delle immagini all'avanguardia per generare rappresentazioni tridimensionali dell'ambiente circostante in tempo reale, rendendo così possibile distinguere tra persone e altri oggetti. Ciò impedisce in primo luogo ai robot di avvicinarsi ai bambini che giocano nelle vicinanze, e se un bambino si avvicina ad esso, il dispositivo si spegne immediatamente. Oltre allo sviluppo di fotodiodi, che convertono la luce incidente in corrente elettrica, i ricercatori stanno esplorando metodi per ridurre gli effetti negativi della luce solare. I sensori saranno quindi anche in grado di rilevare in modo affidabile oggetti e prevenire collisioni imminenti in pieno sole.

Costituito da diversi fotodiodi speciali – noti come diodi a valanga a fotone singolo (SPAD) – sviluppati presso Fraunhofer IMS, questi sensori di nuova generazione catturano un'immagine dell'intera area circostante con un singolo impulso di luce. Gli SPAD sono cento volte più sensibili dei fotodiodi che si trovano negli smartphone, Per esempio. Ora, il team di ricerca mira a utilizzare gli SPAD per coprire distanze fino a 200 metri, con i primi sistemi che entreranno in produzione alla fine del 2019.

Sensore ed elettronica di analisi combinati su un chip per risparmiare spazio

Grazie alla tecnologia CMOS, i fotodiodi sono integrati con l'elettronica di analisi richiesta su un singolo chip. Ciò conferisce ai sensori un design compatto e significa che possono essere prodotti in modo economico. Di conseguenza, possono essere utilizzati in prodotti adatti al mercato di massa, come i tosaerba robotizzati, senza aumentare i costi. In collaborazione con i principali produttori di sensori e fotocamere, Fraunhofer IMS offre anche soluzioni di monitoraggio e imaging 3D su misura per le specifiche del cliente.