Sensores Lidar - Entenda o que são e como funcionam!
Créditos: Reprodução/ Metrology

Sensores Lidar - Entenda o que são e como funcionam!

A tecnologia está começando a ser introduzida em smartphones flagship

Leitura Rápida

  • Sensores Lidar já são utilizados há bastante tempo
  • Eles servem para medir as distâncias entre objetos
  • Seu principal benefício é a precisão do cálculo gerado
  • Além de ajudar em estudos topográficos, também está integrando dispositivos móveis
  • A Apple começou implementar recentemente no iPad Pro
  • A expectativa é que a tecnologia, aliada a realidade aumentada, traga ainda mais precisão às renderizações

Você já deve ter visto algumas notícias e informações sobre novos produtos trazendo um ou mais sensores Lidar integrados. Recentemente, alguns rumores indicam que o iPhone 12, próximo smartphone da Apple, vai contar com essa tecnologia. Mas, a final de contas, o que é um sensor Lidar? Pra que serve? O que representa?

Para começar, vamos desvendar o que o nome significa. Lidar é a sigla para as palavras 'Light Detection And Ranging', em tradução livre seria "detecção de luz e alcance". Basicamente, ele usa uma detecção remota para medir propriedades da luz refletida. A tecnologia como um todo consegue medir a distância correta entre diferentes objetos.

Principal função é medir a distância entre diferentes objetos

 

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Notícia

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Essa tecnologia está presente, geralmente, em dispositivos específicos (como na câmera da imagem acima). Apesar disso, empresas também estão começando a explorar a possibilidade de adicionar o sensor em alguns outros gadgets. Ele está presente desde aparelhos simples, como réguas eletrônicas de arquitetos (laser que mede sem precisar ficar segurando uma fita métrica), até outros dispositivos mais complexos. O seu funcionamento vai ser detalhado a seguir. Seus usos são bastante variados e podem ser explorados ainda mais.

O que é o sensor Lidar

O sensor Lidar é um sistema a laser pulsado. Ele é muito usado para obtenção de informações espaciais. Como mencionado, ele consegue medir e obter a distância real que os objetos estão uns dos outros, mas também pode ser usado para definir medidas. Para conseguir saber, exatamente, qual a altura de uma árvore na Amazônia, por exemplo, um avião com o sensor na parte de baixo consegue dar essa informação com precisão. 

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Ele também pode ser encontrado por outro nome, LADAR (Laser Detection and Ranging). As aplicações, usos e tecnologias são as mesmas, é apenas outra forma de ser chamado. Geralmente, essa nomenclatura é encontrada em contextos militares. 

Em português, ele também pode ser encontrado pelos nomes Sistema de Varredura a Laser e Sistema de Perfilamento a Laser. Todos esses termos se referem a mesma tecnologia. Portanto, o que vamos explicar se aplica para qualquer nomenclatura que você estiver habituado a ver.

Como é o funcionamento

Sensores Lidar usam a luz para medir distâncias

 

O Lidar consegue medir distâncias através da luz. Aí pode vir o questionamento: e quando o ambiente está escuro? Como é feita essa medição? Bem, ela é feita normalmente, uma vez que a fonte luminosa é proveniente de feixes de laser na banda do infravermelho próximo (IV), emitidas pelo próprio sensor. Ele é capaz de modelar a superfície do terreno tridimensionalmente.

Quanto mais feixes presentes no sensor, maior será o seu alcance. Quando ele é usado em ambientes com seres vivos - animais ou pessoas -, a quantidade de fonte luminosa é mais baixa. Conversamos com o Engenheiro Agrícola, professor da Universidade de São Paulo José Paulo Molin, especializado em usos do Lidar em contextos da Agricultura, que informou que isso diminui a quantidade de energia necessária. "Um grande benefício é que ele é de baixa energia. Isso porque o feixe não é muito forte. Se um feixe muito forte atingir a visão, pode prejudicar, caso ele seja muito intenso", informa o engenheiro.

Um grande benefício do Lidar é que ele é de baixa energia - José Paulo Molin, engenheiro Agrícola

 

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Quanto maior o sensor, mais feixes ele será capaz de emitir. Isso é válido para satélites com Lidar, que orbitam em torno da Terra. Eles conseguem atingir milhares de quilômetros de distância, com a mesma precisão. Isso só é possível devido ao grande número de feixes. Molin explica ainda que a qualidade não muda, apenas o alcance. A distância dos dispositivos usados geralmente tem menos feixes, para não apresentar problemas às pessoas.

Esse sistema pode estar presente em plataformas tanto móveis quanto fixas. Isso indica que o Lidar pode ser implementado em uma torre, fixa ao solo, em um avião, ou mesmo inserido em gadgets, junto com diversos outros sensores. O Lidar combina o Sistema de Navegação Global por Satélites (GNSS) e o Sistema de Navegação Inercial (INS).

O GNSS é responsável por fornecer a localização da aeronave no espaço, conseguindo assim, informar onde estão os objetos. Já o INS informa os ângulos de altitude do que está sendo medido. Para obtenção do resultado, é feito um cálculo. As variáveis são: o tempo decorrido da emissão do pulso laser ao alvo e o seu tempo de retorno ao sensor. 

A medida é precisa graças ao INS - que informa os ângulos de altitude -, e o GNSS - que informa a localização dos objetos no espaço. Usando as duas informações é possível calcular qualquer distância

O sensor converte o tempo em distância, a partir da velocidade da luz. Depois disso, o valor é associado às informações de posicionamento. O resultado irá mostrar as coordenadas 3D do objeto em questão. Os pulsos laser são emitidos a uma certa taxa de frequência de repetição. Eles agem assim como um scanner, fazendo uma espécie de varredura perpendicular à direção da linha de onde está sendo captado.

Dessa forma, o Sensor Lidar consegue atingir múltiplas reflexões. Isso significa que é possível que vários pulsos sejam refletidos sob um mesmo objeto. A tecnologia consegue obter resultados de alta precisão em suas análises. Por esse motivo, é usado militarmente, por missões espaciais, para medições precisas de terreno e está começando a ser implementado em recursos do dia a dia. Vamos detalhar estes usos abaixo.

Em geral, os modelos usados normalmente alcançam de 2m a 5m. Como já mencionado, isso é devido aos cuidados necessários. Dependendo dos usos, o alcance pode sim ser diferente. Esse é o caso de aplicações em aviões ou satélites.

Aplicações e usos

Ok, depois de entender como o sensor funciona, vem o próximo passo: para que ele serve. Já mencionamos alguns de seus usos, mas vamos detalhar um pouco mais as funções que eles podem ter. 

Falamos que o Sensor Lidar age como um scanner, conseguindo fazer uma varredura no ambiente. Isto é, consegue dizer com precisão quais objetos estão no raio de sua "visão". Ele consegue detectar qualquer tipo de corpo, sendo um objeto em movimento ou não. Um dos usos mais "nobres" será em veículos, aeronaves e máquinas autônomas.

Começamos por um exemplo um pouco mais distante. Os carros autônomos estão recebendo cada vez mais investimentos - tendo a Tesla como uma empresa líder no segmento -. Mesmo não parecendo uma realidade próxima, os seus usos estão cada vez mais ampliados. Apesar de pensarmos apenas em carros, máquinas agrícolas já fazem uso dessas tecnologias.

Destacamos que a Tesla faz uso de sua própria tecnologia. A empresa tem sistemas de câmeras nas laterais do carro, que identificam e ambiente e fazem o processamento usando tecnologia computacional de ponta. Apesar da empresa ter pesquisas com Lidar, ele não é amplamente usado em seus carros. Os modelos disponíveis no mercado não são equipados com os sensores.

A tecnologia é utilizada em projetos de engenharia principalmente para obter levantamentos topográficos precisos. Ela é especialmente importante para a elaboração de modelos digitais destinados a estudos exatos do ambiente. Isso porque ele consegue fornecer informações precisas, de forma muito rápida. Consegue se adaptar em espaços com muita vegetação, como em ambientes muito urbanizados, com um volume grande de construções. 

Áreas do conhecimento que usam sensores Lidar:

  • geodesia (subdivisão da geofísica que se ocupa da determinação das dimensões e forma da Terra)
  • arqueologia
  • arquitetura
  • geografia
  • geologia
  • geomorfologia
  • sismologia
  • engenharia florestal
  • oceanografia costeira
  • detecção remota e física da atmosfera

Geralmente, é usado um aparelho específico com o sensor. Ele consegue fazer a medição e entregar o melhor resultado para os profissionais que precisam dos dados. Apesar disso, parece que seus usos tem sido ampliados, podendo ser adicionado em outros produtos.

Gadgets com Lidar

É normal que uma tecnologia seja explorada de diferentes maneiras, se adequando a diferentes necessidades. A Apple introduziu o sensor Lidar no iPad Pro de 2019. Segundo a empresa, ele “mede a distância até cinco metros de objetos do ambiente em nano segundos”. Seus usos estão ligados a tecnologias de realidade aumentada. 

Com o aumento de câmeras nos smartphones, a maioria das empresas adiciona um sensor ToF (Time of Flight). Ele é uma lente adicional, que serve para medir a distâncias entre objetos, auxiliar em efeitos secundários de fotografia, etc. Por esse motivo, algumas pessoas se questionam se o uso de um sensor Lidar não poderia ser mais efetivo.

A Apple foi a primeira empresa a trazer o sensor Lidar em um dispositivo móvel, no iPad Pro 2019

 

A Apple fala que o sensor não é muito ligado às capturas feitas com a câmera do iPad Pro. Apesar disso, pode ser usada em uma série de outras funcionalidades. Um dos exemplos é com o app 'Medidas'. O nome é bastante sugestivo, ele é usado para determinar medidas de coisas ou pessoas. 

Imagine poder apontar o seu celular ou tablet para o ambiente e ele definir quais são as medidas presentes. Isso é válido para altura, largura, área e muito mais. Ou também pode te ajudar medindo o seu próprio corpo. É isso que a empresa propõe com o app.

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Vários sites já fazem um "escaneamento" do ambiente para verificar se um móvel ficaria bom no espaço disponível, por exemplo. Isso é um exemplo de uso da realidade aumentada. Pela tela do celular, é possível ver como ficaria o móvel antes de comprá-lo. Isso pode ajudar a evitar compras de objetos que não combinam, ficam muito grandes, entre outros problemas.

Se o sensor Lidar estiver disponível, essa medida ficaria mais precisa. Como a detecção é feita de forma aprimorada, usada profissionalmente, as medidas poderiam ser comparadas, dando resultados melhores. Há alguns rumores afirmando que a Apple vai trazer esse recurso para a melhor opção do seu próximo smartphone, mas nada foi confirmado até o momento. 

Há também a possibilidade da Apple expandir o sensor para seus óculos de Realidade Aumentada. Novamente, o princípio é o mesmo, tornar as distâncias medidas ainda mais precisas e reais . 


Outro uso é em drones. O DJI Matrice 300 foi equipado com um sistema Lidar e conseguiu mapear duas minas na Austrália. Para isso, ele realizou um voo totalmente autônomo, por cavernas no subsolo. O sensor foi usado para que o drone não colidisse com nenhum objeto que estivesse por lá. O resultado foi extremamente positivo.

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Novos drones com custos interiores aos modelos profissionais também deve trazer sensores lidar muito em breve, especialmente com a tecnologia ficando cada vez mais barata. No inicio desse ano publicamos uma notícia de um anúncio da DJI informando que seus novos sensores lidar iriam custa apenas 5% do que os modelos tradicionais do mercado que entregavam o mesmo resultado, é um corte gigantesco no valor e um passo gigante para a popularização da tecnologia.

Sensor Lidar em smartphones

Já mencionamos que essa tecnologia poderia estar presente em smartphones, mas de que forma? Quais seriam seus usos reais? Vamos lembrar que tudo ainda está na sua fase inicial de testes. Ele pode sim ser um dispositivo de nicho, por exemplo. As empresas ainda não exploraram muito as funções. Dito isso, vamos a algumas possibilidades.

Geralmente, o sensor Lidar está muito conectado à Realidade Aumentada. Falamos sobre seus usos para compras, por exemplo. Essa é apenas uma possibilidade. Isso porque ele pode ser usado até mesmo em games.

A Apple anunciou que os desenvolvedores poderiam usar o recurso com ARKit e também com o API Scene Geometry. Ambos estão atribuídos ao sensor Lidar e ainda não foram amplamente explorados, uma vez que ainda estão restritos aos iPads Pro. Já se sabe que eles podem trazer a novidade para jogos 3D.

Sensores Lidar podem ser usados desde compra de móveis até em games 3D

 

O sensor poderia ficar alocado no mesmo local do conjunto de câmeras do seu smartphone. Os principais usos podem estar relacionados a jogos. Portanto, pode ser que as primeiras opções que podem trazer o sensor sejam os aparelhos dedicados ao mercado gamer, como Asus ROG Phone, Xiaomi Black Shark, Nubia Red Magic, entre outras opções.

Em tempos de pandemia, ver qual a distância que estamos uns dos outros também é uma medida de proteção. A Google já anunciou um app que informa se o espaço está seguro ou não, outra função que poderia ser ainda mais precisa com o Lidar.

Os usos são inúmeros. Conforme a tecnologia é expandida, mais podem ser feitos. Hoje, já há "réguas digitais" que fazem medidas rápidas de ambientes. Elas são muito usadas por arquitetos, por exemplo. Esse recurso pode estar dentro do próprio smartphone, evitando que mais um dispositivo seja levado. Claro, conforme as novidades aparecem, mais funções surgem e são exploradas.

Qual sua opinião sobre o Sensor Lidar? Você acredita que a Apple pode expandir os seus usos para games e outras funções em smartphones? E a DJI aplicar os sensores em drones de vários segmentos de custo diferentes, mesmo os para consumidores? Deixe nos comentários caso tenha algo que não foi falado aqui!

Via: DSR, The Verge Fonte: Afurlan, Leica, PFB
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Ana Luiza Pedroso

Ana Luíza é técnica em informática formada pelo Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC) e graduanda de Jornalismo pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Compõe o quadro de estagiários do Adrenaline e Mundo Conectado desde 2018, publicando notícias. Aprende muito todos os dias sobre o universo de hardware, games e tecnologia.

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