Typisch, navigatiesystemen voor zelfrijdende auto's gebruiken zichtbaar licht om vreemde voorwerpen te identificeren. Dit werkt het grootste deel van de tijd. Maar in de mist, mistig, of regenachtige omstandigheden, zelfrijdende auto's worden een hert in koplampen, grotendeels onbewust van opkomende obstakels. Verstrooid licht verwart het systeem van de auto, waardoor het onderscheid tussen echte objecten en reflecties van het verstrooide licht zelf vervaagt. Onder deze voorwaarden, autonome auto's kunnen opkomende obstakels die voor het menselijk oog gemakkelijk herkenbaar zijn, niet herkennen.

Om door gevaarlijke omstandigheden heen te kijken, sensoren in de auto's hebben technologie nodig die obstakels kan voorspellen die niet meteen duidelijk zijn. Gelukkig, Jayakanth Ravichandran, een assistent-professor in de Mork Family Department of Chemical Engineering and Materials Science bij USC Viterbi, wil nieuwe elektronische en optische materialen ontwikkelen waarmee wat hij "next generation technologies" noemt, de technologie die mensen in hun dagelijks leven omringt, kan verbeteren, inclusief zelfrijdende auto's.

"Kijk naar de smartphones, computers en led-tv's om je heen, " zei Ravichandran. "Geen van deze bestonden, althans in de huidige vorm, 10 tot 20 jaar geleden. Deze zijn mogelijk dankzij onderzoek naar materialen die in deze technologieën worden gebruikt. Mijn groep kijkt naar de ontwikkeling van materialen die de komende tien tot twintig jaar in technologieën zullen worden gebruikt."

Ravichandran's laatste onderzoek, uitgevoerd met promovendi Shanyuan Niu, Boyang Zhao, en masterstudent Yucheng Zhou, materialen gevonden die de manier waarop autonome auto's werken fundamenteel zouden kunnen veranderen. Ravichandran's groep werkte nauw samen met Han Wang, een assistent-professor in de Ming Hsieh Department of Electrical Engineering bij USC Viterbi en Mikhail Kats, een assistent-professor aan de Universiteit van Wisconsin, Madison en dit werk is onlangs gepubliceerd in Natuurfotonica .

Hoewel het zichtbare licht dat doorgaans door autonome auto's wordt gebruikt om obstakels te identificeren, niet kan functioneren in mist, rook of regen, infrarood licht kan door dergelijke omstandigheden heen kijken. Bijgevolg, het ontwikkelen van nieuwe infraroodapparaten om te functioneren in deze wazige kijkomstandigheden zou de veiligheid van zelfrijdende auto's enorm kunnen verbeteren, zei Ravichandran.

Zijn lab heeft zojuist een materiaal ontdekt dat zou kunnen werken in dergelijke infraroodapparaten.

Het materiaal - een compositie met de chemische formule, BaTiS3 – zou functioneel kunnen worden in warmtebeeldsystemen, één type infraroodapparaat.

Warmtebeeldsystemen kunnen veranderingen in de temperatuur van een object herkennen door de hoeveelheid straling te volgen die door dat object wordt uitgezonden. Door de temperatuurveranderingen van bepaalde objecten te volgen, warmtebeeldsystemen kunnen beweging zelfs bij gebrek aan zichtbaarheid identificeren - een cruciale functie voor zelfrijdende auto's.

Voor een effectief warmtebeeldsysteem, er moet een detector zijn om de warmtestraling te detecteren en een leesbare respons te geven, evenals een systeem voor het filteren en manipuleren van binnenkomende straling.

BaTiS3 werkt momenteel als filter voor de binnenkomende straling. Het kan binnenkort ook als detector werken.

“Dat zijn we nu aan het onderzoeken, " merkte Ravichandran op. "Het belangrijkste is dat er zijn subtiele verbanden tussen de prestaties van het apparaat en de materiaaleigenschappen. Het is onze taak om dat te identificeren en op basis van dit inzicht te zoeken naar het juiste type materiaal."

Hoewel het project van zijn lab nog in de kinderschoenen staat, Ravichandran zei dat de volgende stap van zijn team is om een ​​werkend apparaat van het materiaal te maken, zodat ze het op de markt kunnen brengen. Hij hoopt ook andere composities te vinden die misschien zelfs beter werken in warmtebeeldsystemen dan BaTiS3.

De implicaties van de bevindingen van het laboratorium zijn ook opwindend voor gebruik buiten autonome voertuigsensoren.

"Er zijn mogelijkheden om deze materialen te gebruiken om milieuverontreinigende stoffen te detecteren, en biologische agentia in de lucht, " zei Ravichandran. "Als er een soort van door de lucht overgedragen ziekte is, het identificeren van die biologische deeltjes kan heel eenvoudig worden met deze technologie.

"Er zijn zoveel toepassingen die kunnen gebeuren."