Carros autônomos e até mesmo carros que usam lane assist ou outros suplementos dependem muito da visão computacional e do LIDAR para ler e entender o que está ao seu redor. Eles já são melhores nisso do que os humanos, mas há outro passo, em breve, que poderia torná-los ainda mais seguros: e se esses carros pudessem ver por aí?
"Dizer que seu carro não só pode ver o que está na frente dele, mas também pode ver o que está por trás de uma curva e, portanto, é intrinsecamente mais seguro que qualquer carro humano, pode ser extremamente importante", diz Daniele Faccio, professor de física na Universidade Heriot-Watt em Edimburgo, Escócia.
Pesquisas separadas, mas complementares, vindas da Universidade de Wisconsin, do MIT e da Heriot-Watt, estão enfrentando esse problema e fazendo grandes avanços. Ele é amplamente focado em câmeras super-rápidas, supersensíveis, que lêem os rebotes da luz laser dispersa, e reconstroem isso em uma imagem como o LIDAR, o radar e o sonar funcionam.
Essa tecnologia é útil em aplicativos muito além dos veículos autônomos. Essa não foi nem mesmo a principal motivação quando Andreas Velten começou a estudar lasers de femtossegundo (um quadrilhão de segundo) na Universidade do Novo México e, em seguida, sua aplicação em imagens no MIT. Agora professor e cientista assistente na Universidade de Wisconsin, Velten e seu laboratório desenvolveram e patentearam uma câmera que pode reconstruir uma imagem 3D de um objeto que está situado em uma esquina.
A pesquisa é amplamente focada em câmeras supersensíveis, super rápidas, que leem os ressaltos da luz laser dispersa e a reconstroem em uma imagem. 
Essas câmeras podem ser usadas para exploração remota, especialmente de áreas perigosas - por exemplo, para ver os ocupantes dentro de um prédio durante um incêndio doméstico. (Cortesia do Instituto Morgridge para Pesquisa) 
Ser capaz de avaliar o interior de um edifício antes de entrar tem benefícios óbvios. (Cortesia do Instituto Morgridge para Pesquisa) 
O laboratório de Velten está trabalhando na aplicação da tecnologia para ver através da pele (que também se espalha), como uma ferramenta de diagnóstico médico não invasivo. (Cortesia do Instituto Morgridge para Pesquisa) 
Uma câmera que pode ver em torno dos cantos também tem aplicações industriais. (Cortesia do Instituto Morgridge para Pesquisa) Para entender o objeto, para vê-lo, é necessária uma câmera que possa rastrear a passagem da luz. Um laser, situado sobre ou perto da câmera, dispara rajadas de luz. Cada vez que esses pacotes atingem algo - digamos, uma parede do outro lado da esquina - os fótons que compõem a luz se espalham em todas as direções. Se um número suficiente deles saltar em direções diferentes, alguns voltarão para a câmera, depois de ter saltado pelo menos três vezes.
“É muito semelhante aos dados que o LIDAR coletaria, exceto que o LIDAR daria o primeiro salto que vem da superfície direta e criaria uma imagem 3D disso. Nós nos preocupamos com o salto de alta ordem que vem depois disso ”, diz Velten. “Cada salto, os fótons se dividem. Cada fóton carrega uma informação única sobre a cena. ”
Como a luz é refletida em várias superfícies em vários momentos, a câmera deve estar equipada para dizer a diferença. Ele faz isso registrando a hora exata em que o fóton atinge um receptor e calcula os caminhos que o fóton poderia ter tomado. Faça isso para muitos fótons e vários ângulos diferentes do laser, e você terá uma imagem.
A técnica também requer um sensor chamado diodo de avalanche de fóton único, construído em um chip de silício. O SPAD, como é chamado, pode registrar pequenas quantidades de luz (fótons únicos) a um trilhão de quadros por segundo - isso é rápido o suficiente para ver a luz se mover.
"Eles funcionam como contadores Geiger para fótons", diz Velten. “Sempre que um fóton atinge um pixel no detector, ele envia um impulso e é registrado pelo computador. Eles precisam ser rápidos o suficiente para poderem contar cada fóton individualmente ”.
O laboratório de Faccio está adotando uma abordagem diferente, usando algumas da mesma tecnologia. Onde o mais recente da Velten foi capaz de mostrar uma imagem 3D com uma resolução de cerca de 10 centímetros (e uma diminuição no tamanho e custo em relação às gerações anteriores), Faccio concentrou-se no rastreamento de movimento. Ele também usa um sensor SPAD, mas mantém o laser estacionário e registra menos dados, para que ele possa fazer isso mais rapidamente. Ele recebe movimento, mas não pode dizer muito sobre a forma.
“O ideal seria ter ambos combinados, isso seria fantástico. Não sei como fazer isso agora ”, diz Faccio. Ambos também precisam trabalhar com lasers de baixa potência e proteção contra os olhos. “O objetivo real é, você pode ver pessoas reais a 50 metros de distância. É quando a coisa começa a se tornar útil ”.
Outros usos potenciais incluem a exploração remota, especialmente de áreas perigosas - por exemplo, para ver os ocupantes dentro de um edifício durante um incêndio doméstico. Há interesse militar também, diz Faccio; ser capaz de avaliar o interior de um edifício antes de entrar tem benefícios óbvios. O laboratório de Velten está trabalhando na aplicação da tecnologia para ver através da névoa (que também espalha os fótons), ou através da pele (que também se espalha), como uma ferramenta de diagnóstico médico não invasivo. Ele está até falando com a NASA sobre imagens de cavernas na lua.
Em conjunto com o Jet Propulsion Lab da NASA, o laboratório Velten está desenvolvendo uma proposta para colocar um satélite, contendo uma versão de alta potência do dispositivo, em órbita ao redor da lua. Ao passar por certas crateras, será capaz de dizer se elas se estendem lateralmente até o interior da lua; tais cavernas poderiam fornecer um bom abrigo, um dia, para as bases lunares, diz Velten.
