Robotmaaiers zijn geweldig voor het maaien van het gras, maar ze vormen wel een risico op letsel voor kinderen die in de buurt spelen. Zeer geavanceerde sensoren ontwikkeld door Fraunhofer-onderzoekers zorgen ervoor dat de grasmaaier uitschakelt wanneer kinderen in de buurt zijn. Het systeem, die is gebaseerd op LiDAR-technologie, gebruikt een enkele lichtpuls om de hele omgeving vast te leggen, met een bereik tot 200 meter.

De mate van digitalisering en automatisering neemt niet alleen toe in industriële omgevingen, maar ook in ons dagelijks leven. Steeds meer mensen gebruiken tegenwoordig robotapparatuur om de vloeren te stofzuigen of het gazon te maaien, bijvoorbeeld. Op dezelfde manier regelen autonome voertuigen het verkeer op de weg, robotapparaten moeten hun omgeving te allen tijde nauwkeurig bewaken om materiële schade of letsel te voorkomen. Een recente test uitgevoerd door de Duitse consumentenveiligheidsgroep Stiftung Warentest, echter, geeft aan dat niet alle robotmaaiers deze taak naar tevredenheid uitvoeren. De test onthult, bijvoorbeeld, dat wanneer kruipende kinderen in de buurt zijn, een deel van de onderzochte grasmaaiers stopte niet op tijd en veroorzaakte ernstige snijwonden op de testdummies. Geen van de apparaten stopte toen een replica van de hand van een kind voor hen werd geplaatst. Sommige van de geteste robotmaaiers vertrouwen uitsluitend op schoksensoren, die alleen obstakels bij impact detecteren en initiëren. Aangezien deze sensoren zich op een bepaalde afstand van de grond bevinden, de roterende messen van het apparaat kunnen in contact komen met de ledematen van kinderen voordat ze worden herkend als handen, armen of benen.

Driedimensionale bewaking van de omgeving

Het Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems IMS in Duisburg ontwikkelt zeer geavanceerde optische sensoren die de omgeving in 3D meten. Ze bevatten LiDAR-technologie (Light Detection and Ranging), die de afstand tot het object meet op basis van de tijd die een uitgezonden lichtpuls nodig heeft om terug te keren. Het gepulseerde laserlicht wordt gereflecteerd door het oppervlak van objecten waarmee het in contact komt. Met behulp van time-of-flight beeldcamera's, het LiDAR-apparaat vangt vervolgens de gereflecteerde signalen op. De afstand en positie van objecten, evenals de snelheid waarmee ze bewegen, wordt berekend op basis van de tijd die het licht nodig heeft om het object te bereiken en terug te keren.

De sensoren maken gebruik van de modernste beeldverwerkingstechnologie om in realtime driedimensionale weergaven van de omgeving te genereren, waardoor het mogelijk is om onderscheid te maken tussen mensen en andere objecten. Dit voorkomt dat de robots in de eerste plaats in de buurt komen van spelende kinderen, en als een kind het nadert, het apparaat wordt onmiddellijk uitgeschakeld. Naast het ontwikkelen van fotodiodes, die het invallende licht omzetten in een elektrische stroom, de onderzoekers onderzoeken methoden om de nadelige effecten van zonlicht te verminderen. De sensoren zullen daarom ook in staat zijn om objecten betrouwbaar te detecteren en dreigende botsingen bij fel zonlicht te voorkomen.

Bestaande uit verschillende speciale fotodiodes - bekend als single-photon lawinediodes (SPAD's) - ontwikkeld bij Fraunhofer IMS, deze nieuwe generatie sensoren leggen met één lichtpuls een beeld van de hele omgeving vast. SPAD's zijn honderd keer gevoeliger dan de fotodiodes in smartphones, bijvoorbeeld. Nutsvoorzieningen, het onderzoeksteam streeft ernaar om SPAD's te gebruiken om afstanden tot 200 meter af te leggen, met de eerste systemen die eind 2019 in productie gaan.

Sensor- en analyse-elektronica gecombineerd op een chip om ruimte te besparen

Dankzij CMOS-technologie, de fotodiodes zijn geïntegreerd met de benodigde analyse-elektronica op één chip. Hierdoor hebben de sensoren een compact ontwerp en zijn ze economisch te produceren. Als resultaat, ze kunnen worden gebruikt in producten die geschikt zijn voor de massamarkt, zoals robotmaaiers, zonder kosten op te drijven. In samenwerking met toonaangevende sensor- en camerafabrikanten, Fraunhofer IMS biedt ook 3D-monitoring- en beeldvormingsoplossingen die zijn afgestemd op de specificaties van de klant.