חוקרים באוניברסיטת תל אביב פיתחו מכ”ם שמקדם משמעותית את הטכנולוגיה לכלי רכב חכמים ואוטונומיים

המערכת מסוגלת לפעול באופן יעיל ומדויק ביותר גם ברוחב פס נמוך פי 100 ויותר מהנדרש כיום, ויכולה להבחין בעצמים נסתרים, כמו ילד המתפרץ לכביש מאחורי מכונית חונה או רכב המגיח במהירות מעבר לפינה. המחקר פורסם בסוף השבוע בכתב העת Nature Communications

חוקרים באוניברסיטת תל אביב, בהובלת פרופ’ פבל גינזבורג מבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה, פיתחו סוג חדש של מכ”ם שמסוגל להבחין בין עצמים ברזולוציה גבוהה ביותר גם כשהוא פועל ברוחב פס קטן פי 100 מזה הנדרש בטכנולוגיות הקיימות. למכ”ם כזה שישולב ברכב חכם או אוטונומי יש כמה יתרונות חשובים: בזכות הרזולוציה הגבוהה הוא מסוגל להתריע על עצמים נסתרים מהעין – כמו למשל ילד שמתפרץ לכביש מאחורי מכונית; ובזכות רוחב הפס הנמוך הוא זול יחסית להפעלה, ואינו מפריע לפעולתם של מכשירים אחרים בסביבה – כמו מכ”מים דומים המותקנים במכוניות אחרות.

במחקר השתתף הדוקטורנט ויטלי קוזלוב ממעבדתו של פרופ’ גינזבורג. המאמר פורסם בסוף השבוע שעבר בכתב העת Nature Communications.

“מכוניות חכמות ו/או אוטונומיות, של ההווה ושל העתיד, מכילות מספר רב של אמצעי חישה מסוגים שונים, שמחליפים את חושיו של הנהג האנושי (ולעתים אף עולים עליהם), ומאפשרים לרכב להתמצא במרחב,” מסביר פרופ’ גינזבורג. “בין היתר משולבים ברכב החכם מכ”מים המזהים עצמים שנמצאים לפני הרכב גם בתנאי ערפל, גשם, חשיכה או שמש מסנוורת, מודדים את המרחק אל העצם (אדם, מכונית, עץ…), ואף שולחים התראה לבלמים במקרה הצורך. יכולתו של המכ”ם להבחין בין עצמים שונים הקרובים זה לזה נקראת רזולוציה, ומכ”ם בעל רזולוציה גבוהה יכול להבחין גם בעצמים המוסתרים לכאורה על ידי עצמים אחרים. מכ”ם כזה מסוגל לדוגמה, להבחין בילד שעומד להתפרץ לכביש מאחורי רכב חונה, ולשלוח הוראה לבלימה מיידית.”

מוסיף ויטלי קוזלוב: “אמנם קיימות היום טכנולוגיות מכ”ם בעלות רזולוציות גבוהות, אך כולן מסתמכות על רוחב פס גבוה – כלומר המכ”ם חייב לשדר ולקלוט אותות בטווח תדרים גדול. עובדה זו מציבה קשיים בפני הרכב האוטונומי: כבר היום קיימת צפיפות בתדרי השידור באוויר, ולכן השימוש ברוחב פס גבוה הוא יקר, וגם עלול להפריע לפעילותם של מכשירים אחרים בסביבה – בעיקר מכ”מים המותקנים במכוניות אוטונומיות אחרות. למעשה, ללא פתרון לבעיה, יתקשו רכבים אוטונומיים רבים לנוע זה לצד זה בכבישים. אנחנו ניגשנו לנושא מכיוון חדש לחלוטין, שלא נוסה עד היום: יישום של עקרונות מתחום האופטיקה על מכ”מים. זאת מתוך הבנה שהן האור בו עוסקת האופטיקה והן אותות המכ”ם הם גלים אלקטרומגנטיים, הנבדלים זה מזה בעיקר באורך הגל: באופטיקה מדובר באורכי גל ננומטריים, ואילו מכ”מים משתמשים בתדרי ג’יגה-קרץ – אורכי גל הנמדדים במילימטרים או בסנטימטרים.”

באופן ספציפי הסתמכו החוקרים על עיקרון הקוהרנטיות השאול מהאופטיקה, ומשמש בין היתר במכשירי הדמיה מסוג OCT (Optical Coherent Tomography), המאפשרים הדמיה תלת-ממדית ברזולוציה גבוהה של רקמות ביולוגיות דינמיות. “הבנו שיש דמיון במורכבות ובדינמיות בין רקמות ביולוגיות לבין תנועת כלי רכב בכביש, ולכן גם הפתרון ליצירת תמונה באיכות גבוהה עשוי להיות דומה,” אומר פרופ’ גינזבורג. לכן, בהשראת מכשיר ה-OCT, מסתמך המכ”ם החדש על תכונת הקוהרנטיות החלקית של הקרינה האלקטרומגנטית.

על סמך התפיסה פורצת הדרך בנו החוקרים מכשיר מכ”ם, פיתחו עבורו מודל תיאורטי, ובחנו במעבדה את ההתאמה בין החומרה לתיאוריה. לצורך הניסוי הם הציבו שני לוחות מתכת (מטרות) במרחק כ-32 ס”מ זה מזה, ואף זה מאחורי זה, ובדקו מה נדרש למכ”ם כדי להבחין ביניהם. “מכ”ם רגיל זקוק לרוחב פס של כ-500 מגה הרץ כדי להבחין בין שתי מטרות כאלה,” אומר ויטלי קוזלוב. “המכ”ם שלנו ‘הסתפק’ לשם כך ברוחב פס קטן מ-30 מגה הרץ. יותר מכך: לפי התיאוריה שפיתחנו, שהוכחה כתואמת לניסוי, רוחב הפס יכול להיות קטן כרצוננו, והרזולוציה תישאר גבוהה. זאת מכיוון שכושר ההפרדה (הרזולוציה) במכ”ם שלנו כלל אינו קשור לרוחב הפס, אלא מסתמך על עקרון פיזיקלי שונה לחלוטין.”

“בשונה מכל טכנולוגיות המכ”ם הקיימות, השיטה שלנו מאפשרת למכ”ם להבחין בין עצמים ברזולוציה גבוהה, מבלי להזדקק לרוחב פס גבוה ויקר,” מסכם פרופ’ גינזבורג. “מדובר בפתרון פורץ דרך לבעיה מהותית בטכנולוגיה העתידית של רכבים אוטונומיים. מכ”ם שיפותח על בסיס השיטה שלנו יהיה נוח וזול יחסית להפעלה, ויאפשר לרכבים אוטונומיים רבים לנוע זה לצד זה בבטחה, ומבלי להפריע למכ”מים אחרים הפועלים בסביבה.”

למאמר המדעי