Die Technologie der nächsten Generation kommt zu einem selbstfahrenden Auto in Ihrer Nähe.

Typischerweise verwenden Navigationssysteme für autonome Autos sichtbares Licht, um Fremdobjekte zu identifizieren. Das funktioniert meistens. Aber bei nebligen, nebligen oder regnerischen Bedingungen werden selbstfahrende Autos zu einem Hirsch im Scheinwerferlicht, der sich der anstehenden Hindernisse weitgehend nicht bewusst ist. Streulicht verwirrt das System des Fahrzeugs und verwischt so die Unterscheidung zwischen realen Objekten und Reflexionen des gestreuten Lichts selbst. Unter diesen Bedingungen können autonome Autos kommende Hindernisse nicht erkennen, die für das menschliche Auge leicht zu erkennen sind.

Um gefährliche Bedingungen zu durchschauen, benötigen Sensoren in den Fahrzeugen Technologien, die Hindernisse vorhersagen können, die nicht sofort erkennbar sind. Glücklicherweise will Jayakanth Ravichandran, Assistenzprofessor am Mork Family Department of Chemical Engineering and Materials Science an der USC Viterbi, neue elektronische und optische Materialien entwickeln, die es ermöglichen, die von ihm als „Next Generation Technologies“ bezeichneten Technologien zu verbessern, die die Menschen in ihrem Alltag umgeben, einschließlich selbstfahrender Autos.

„Sieh dir die Smartphones, Computer und LED-Fernseher um dich herum an“, sagte Ravichandran. „Nichts davon existierte, zumindest in der heutigen Form, vor 10 bis 20 Jahren. Diese sind möglich durch die Erforschung von Materialien, die in diesen Technologien verwendet werden. Meine Fraktion befasst sich mit der Entwicklung von Materialien, die in den nächsten zehn bis zwanzig Jahren in Technologien eingesetzt werden sollen.“

Ravichandrans neueste Forschung, die mit den Doktoranden Shanyuan Niu, Boyang Zhao und Yucheng Zhou durchgeführt wurde, fand Materialien, die die Funktionsweise autonomer Autos grundlegend verändern könnten. Ravichandrans Gruppe arbeitete eng mit Han Wang, einem Assistenzprofessor am Ming Hsieh Department of Electrical Engineering an der USC Viterbi und Mikhail Kats, einem Assistenzprofessor an der University of Wisconsin, Madison, zusammen, und diese Arbeit wurde kürzlich in Nature Photonics veröffentlicht.

Obwohl das sichtbare Licht, das typischerweise von autonomen Autos zur Identifizierung von Hindernissen verwendet wird, bei Nebel, Rauch oder Regen nicht funktionieren kann, kann Infrarotlicht solche Bedingungen durchdringen. Folglich könnte die Entwicklung neuer Infrarotgeräte, die unter diesen unklaren Sichtverhältnissen funktionieren, die Sicherheit selbstfahrender Autos erheblich verbessern, sagte Ravichandran.

Sein Labor hat gerade ein Material entdeckt, das in solchen Infrarotgeräten funktionieren könnte.

Das Material – eine Zusammensetzung mit der chemischen Formel BaTiS3 – könnte in Wärmebildsystemen, einer Art von Infrarotgerät, funktionsfähig werden.

Wärmebildsysteme können Temperaturänderungen eines Objekts erkennen, indem sie die von diesem Objekt abgegebene Strahlungsmenge verfolgen. Durch die Verfolgung der Temperaturänderungen bestimmter Objekte können Wärmebildsysteme Bewegungen auch bei fehlender Sicht erkennen – eine wichtige Funktion für selbstfahrende Autos.

Für ein effektives Wärmebildsystem muss es einen Detektor zum Erfassen der Wärmestrahlung und zum Bereitstellen einer lesbaren Reaktion sowie ein System zum Filtern und Manipulieren der einfallenden Strahlung geben.

BaTiS3 arbeitet derzeit als Filter für die einfallende Strahlung. Es könnte bald auch als Detektor funktionieren.

„Wir erforschen das jetzt“, bemerkte Ravichandran. „Am wichtigsten ist, dass es subtile Verbindungen zwischen der Leistung des Geräts und den Materialeigenschaften gibt. Unsere Aufgabe ist es, das zu identifizieren und nach der richtigen Art von Materialien zu suchen, basierend auf diesem Verständnis.“

Obwohl sich das Projekt seines Labors noch in der Anfangsphase befindet, sagte Ravichandran, dass der nächste Schritt seines Teams darin besteht, ein funktionierendes Gerät aus dem Material herzustellen, damit sie es auf den Markt bringen können. Er hofft auch, andere Kompositionen zu finden, die in Wärmebildsystemen noch besser funktionieren als BaTiS3.

Die Implikationen der Laborergebnisse sind auch für Anwendungen außerhalb autonomer Fahrzeugsensoren interessant.

„Es gibt Möglichkeiten, diese Materialien zu verwenden, um Umweltschadstoffe und biologische Stoffe in der Luft zu erfassen“, sagte Ravichandran. „Wenn es eine Art von durch die Luft übertragenen Krankheiten gibt, kann die Identifizierung dieser biologischen Partikel mit dieser Technologie sehr einfach werden.

„Es gibt so viele Anwendungen, die passieren können.“

Mehr Informationen:
Shanyuan Niu et al. Riesige optische Anisotropie in einem quasi eindimensionalen Kristall, Nature Photonics (2018). DOI: 10.1038/s41566-018-0189-1

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