Le auto a guida autonoma e persino le auto che utilizzano Lane Assist o altri integratori, si basano fortemente sulla visione artificiale e sul LIDAR per leggere e dare un senso a ciò che li circonda. Sono già più bravi degli umani, ma c'è un altro passo, in arrivo, che potrebbe renderli ancora più sicuri: e se quelle macchine potessero vedere dietro le curve?
"Dire che la tua auto non può solo vedere cosa c'è davanti, ma può anche vedere cosa c'è dietro un angolo, e quindi è intrinsecamente molto più sicuro di qualsiasi auto guidata dall'uomo, potrebbe essere estremamente importante", afferma Daniele Faccio, professore di fisica presso l'Università Heriot-Watt di Edimburgo, in Scozia.
Ricerche separate ma complementari provenienti dall'Università del Wisconsin, dal MIT e da Heriot-Watt stanno affrontando questo problema e stanno facendo passi da gigante. Si concentra in gran parte su telecamere superveloci e supersensibili che leggono i rimbalzi della luce laser diffusa e la ricostruiscono in una sorta di immagine del modo in cui funzionano LIDAR, radar e sonar.
Questa tecnologia è utile in applicazioni che vanno ben oltre i veicoli autonomi. Quella non era nemmeno la motivazione principale quando Andreas Velten iniziò a studiare i laser a femtosecondi (un quadrilione di secondo) all'università del New Mexico, e poi la loro applicazione nell'imaging al MIT. Ora un professore e assistente scienziato presso l'Università del Wisconsin, Velten e il suo laboratorio hanno sviluppato e brevettato una macchina fotografica in grado di ricostruire un'immagine 3D di un oggetto che si trova dietro un angolo.
La ricerca si concentra in gran parte su telecamere superveloci e super sensibili che leggono i rimbalzi della luce laser diffusa e la ricostruiscono in un'immagine. 
Queste telecamere potrebbero essere utilizzate per l'esplorazione remota, in particolare di aree pericolose, ad esempio per vedere gli occupanti all'interno di un edificio durante un incendio in una casa. (Per gentile concessione del Morgridge Institute for Research) 
Essere in grado di valutare l'interno di un edificio prima di entrare ha evidenti benefici. (Per gentile concessione del Morgridge Institute for Research) 
Il laboratorio di Velten sta lavorando sull'applicazione della tecnologia per vedere attraverso la pelle (che si disperde anche), come strumento diagnostico medico non invasivo. (Per gentile concessione del Morgridge Institute for Research) 
Una fotocamera che può vedere dietro gli angoli ha anche applicazioni industriali. (Per gentile concessione del Morgridge Institute for Research) Per dare un senso all'oggetto, per vederlo del tutto, è necessaria una telecamera in grado di tracciare il passaggio della luce. Un laser, situato sopra o vicino alla telecamera, emette brevi lampi di luce. Ogni volta che quei pacchetti colpiscono qualcosa - diciamo, un muro dall'altra parte dell'angolo - i fotoni che compongono la luce si diffondono in ogni direzione. Se abbastanza di loro rimbalzano in abbastanza direzioni diverse, alcuni torneranno alla telecamera, dopo aver rimbalzato almeno tre volte.
“È molto simile ai dati che LIDAR raccoglierebbe, tranne per il fatto che LIDAR potrebbe individuare il primo rimbalzo che proviene dalla superficie diretta e creare un'immagine 3D di quello. Teniamo molto al rimbalzo di ordine superiore che ne consegue ”, afferma Velten. “Ad ogni rimbalzo, i fotoni si dividono. Ogni fotone porta un po 'di informazioni uniche sulla scena. "
Poiché la luce rimbalza su varie superfici in vari momenti, la fotocamera deve essere equipaggiata per distinguere. Lo fa registrando l'ora esatta in cui il fotone colpisce un recettore e calcolando i percorsi che il fotone avrebbe potuto prendere. Fallo per molti fotoni e un numero di diverse angolazioni del laser e otterrai un'immagine.
La tecnica richiede anche un sensore chiamato diodo a valanga a singolo fotone, costruito su un chip di silicio. Lo SPAD, come viene chiamato, può registrare minuscole quantità di luce (singoli fotoni) a trilioni di fotogrammi al secondo, che è abbastanza veloce da vedere la luce muoversi.
"Funzionano come contatori Geiger per i fotoni", afferma Velten. “Ogni volta che un fotone colpisce un pixel sul rivelatore, invierà un impulso e verrà registrato dal computer. Devono essere abbastanza veloci da poter contare ogni fotone singolarmente. ”
Il laboratorio di Faccio sta adottando un approccio un po 'diverso, usando alcuni della stessa tecnologia. Laddove l'ultimo di Velten è stato in grado di mostrare un'immagine 3D con una risoluzione di circa 10 centimetri (e una riduzione di dimensioni e costi rispetto alle generazioni precedenti), Faccio si è concentrato sul monitoraggio del movimento. Anche lui usa un sensore SPAD, ma mantiene il laser fermo e registra meno dati, quindi può farlo più velocemente. Ottiene movimento, ma non sa dire molto della forma.
“L'ideale sarebbe avere entrambi combinati insieme, sarebbe fantastico. Non sono sicuro di come farlo in questo momento ", dice Faccio. Entrambi devono anche lavorare sull'utilizzo di laser a bassa potenza e sicuri per gli occhi. “Il vero obiettivo è vedere persone vere a 50 metri di distanza. Questo è quando la cosa inizia a diventare utile. "
Altri potenziali usi includono l'esplorazione remota, in particolare di aree pericolose, ad esempio per vedere gli occupanti all'interno di un edificio durante un incendio in una casa. C'è anche interesse militare, dice Faccio; essere in grado di valutare l'interno di un edificio prima di entrare ha evidenti benefici. Il laboratorio di Velten sta lavorando sull'applicazione della tecnologia per vedere attraverso la nebbia (che disperde anche i fotoni), o attraverso la pelle (che disperde anche), come strumento diagnostico medico non invasivo. Sta persino parlando con la NASA sull'imaging delle caverne sulla luna.
In collaborazione con Jet Propulsion Lab della NASA, il laboratorio Velten sta sviluppando una proposta per posizionare un satellite, contenente una versione ad alta potenza del dispositivo, in orbita attorno alla luna. Mentre attraversa alcuni crateri, sarà in grado di dire se si estendono lateralmente, all'interno della luna; tali grotte potrebbero fornire un buon riparo, un giorno, per le basi lunari, dice Velten.
