Nachtfahrten mögen für einen neuen Fahrer eine beängstigende Herausforderung sein, aber mit stundenlanger Übung wird es schnell zur zweiten Natur. Für selbstfahrende Autos reicht die Übung jedoch möglicherweise nicht aus, da die Lidar-Sensoren, die oft als „Augen“ dieser Fahrzeuge fungieren, Schwierigkeiten haben, dunkel gefärbte Objekte zu erkennen.
Neue Forschung veröffentlicht In ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen beschreibt einen stark reflektierenden schwarzen Lack, der diesen Autos helfen könnte, dunkle Objekte zu erkennen und autonomes Fahren sicherer zu machen.
Lidar, kurz für Light Detection and Ranging, ist ein System, das in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird, darunter geologische Kartierung und selbstfahrende Fahrzeuge. Das System funktioniert wie eine Echoortung, aber anstatt Schallwellen auszusenden, sendet Lidar winzige Lichtimpulse im nahen Infrarot aus. Die Lichtimpulse werden von Objekten reflektiert und zurück zum Sensor, sodass das System die 3D-Umgebung, in der es sich befindet, kartieren kann.
Aber Lidar greift zu kurz, wenn Objekte mehr von diesem Nahinfrarotlicht absorbieren als sie reflektieren, was auf schwarz lackierten Oberflächen der Fall sein kann. Lidar kann diese dunklen Objekte nicht alleine erkennen, daher besteht eine gängige Lösung darin, dass das System auf andere Sensoren oder Software angewiesen ist, um die Informationslücken zu schließen. Allerdings könnte diese Lösung in manchen Situationen dennoch zu Unfällen führen.
Anstatt die Lidar-Sensoren neu zu erfinden, wollten Chang-Min Yoon und seine Kollegen die Erkennung dunkler Objekte mit der vorhandenen Technologie erleichtern, indem sie eine speziell formulierte, hochreflektierende schwarze Farbe entwickelten.
Um den neuen Lack herzustellen, bildete das Team zunächst eine dünne Schicht Titandioxid (TiO2) auf kleinen Glasfragmenten. Anschließend wurde das Glas mit Flusssäure weggeätzt, wobei eine hohle Schicht aus weißem, stark reflektierendem TiO2 zurückblieb. Dieses wurde mit Natriumborhydrid reduziert, um ein schwarzes Material zu erzeugen, das seine reflektierenden Eigenschaften beibehielt.
Durch Mischen dieses Materials mit Lack konnte es als Farbe aufgetragen werden. Als nächstes testete das Team den neuen Lack mit zwei Arten kommerziell erhältlicher Lidar-Sensoren: einem spiegelbasierten Sensor und einem um 360 Grad rotierenden Sensor. Zum Vergleich wurde auch eine herkömmliche Version auf Rußbasis bewertet.
Beide Sensoren erkannten den speziell formulierten Lack auf TiO2-Basis problemlos, den herkömmlichen Lack jedoch nicht ohne weiteres.
Die Forscher sagen, dass ihr hochreflektierendes Material dazu beitragen könnte, die Sicherheit auf den Straßen zu verbessern, indem es dunkle Objekte für autonome Fahrzeuge, die bereits mit vorhandener Lidar-Technologie ausgestattet sind, besser sichtbar macht.
Mehr Informationen:
Suk Jekal et al., Designing Novel LiDAR-Detectable Plate-Type Materials: Synthese, Chemie und praktische Anwendung für autonome Arbeitsumgebungen, ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c00470