چراغ‌های جلوی تطبیقی، آینده‌ی پیش‌روی خودروها
پژوهشگران رباتیک در حال ساخت انواعی از چراغ‌های جلوی خودرو هستند که به سرعت با شرایط در حال تغییر تطبیق پیدا کرده و به راننده‌ها کمک می‌کنند تا دید بهتری در برف و باران داشته باشند، مسیرهای تعیین‌شده با GPS را دنبال کرده و از برخورد با موانع بپرهیزند. این چراغ‌ها که به نظر می‌رسد در آینده به صورت پیشفرض و الزامی بر روی همه‌ی خودروها وجود داشته باشند، می‌توانند نقش موثری در کاهش تصادفات رانندگی داشته باشند.
بعضی از خودروهای امروزی بسیار هوشمند هستند. چند رایانه در دل این خودروها وجود دارند که بر تمام سیستم‌های مکانیکی و الکتریکی آن‌ها نظارت می‌کنند. اما علی‌رغم همه‌ی این پیشرفت‌ها، چراغ‌های جلوی خودروها هنوز هم از بهره‌ی هوشی چندان بالایی برخوردار نیستند. طی سده‌ی اخیر، منابع نور آن‌ها از چراغ‌های استیلنی و نفتی به رشته‌های تنگستن و چراغ‌های LED تکامل پیدا کرده‌اند. اما، به غیر از تعداد انگشت‌شماری از چراغ‌های جلوی پیشرفته که در خودروهای لوکس به کار گرفته شده‌اند، تنها کاری که این چراغ‌ها قادر به انجام‌اش هستند تابش نور به اجسام روبه‌روی‌شان است.
این محدودیت گاهی اوقات می‌تواند دردسرساز باشد. تابش نور یک‌دست باعث انعکاس نور از برف و باران در آب‌وهوای نامساعد و ایجاد نوری خیره‌کننده و آزاردهنده برای رانندگان مقابل می‌شود. به زودی شاهد حضور چراغ‌های جلوی به اصطلاح «تطبیقی» (adaptive) در برخی مدل‌های خاص آئودی، بی‌ام‌و، مرسدس بنز و چند خودروی گران‌قیمت دیگر خواهیم بود. این چراغ‌ها از قابلیت‌های جالبی برخوردارند: «دیمرهای» (dimmers) خودکار، موتورهایی که جهت تابش چراغ‌ها را با مسیر حرکت خودرو تطبیق داده و «آرایه‌های نوری» (lighting arrays) که الگوهای پرتو را برای جلوگیری از تابش نور به صورت دیگر راننده‌ها تغییر می‌دهند. متاسفانه حتی این سیستم‌های هوشمند هم معمولا تنها دارای یکی از این قابلیت‌ها هستند.
چراغ جلوی خودروهای آینده به صورت هوشمند بر اساس منظره‌ی پیش‌رو و موانع سر راه میزان، جهت و تمرکز نور را تغییر می‌دهد
پژوهشگران موسسه‌ی رباتیک «دانشگاه کارنگی ملون» (Carnegie Mellon University) در حال تلاش برای در نوردیدن این مرزها با یک چراغ جلوی قابل برنامه‌ریزی هستند. این چراغ می‌تواند با تطبیق خود با شرایط مختلف، به بهبود دید راننده کمک کند. این تیم از پژوهشگران، در آزمایشگاه نورپردازی و تصویربرداری این موسسه، در حال ساخت سیستم چراغ جلویی هستند که از تابش نور به قطرات باران یا دانه‌های برف در شرایط نامساعد آب‌وهوایی جلوگیری کرده، به مسیر پیش‌رو بیش‌تر از باندهای کناری نور تابانده و راننده را از وجود موانع سر راه باخبر می‌کند.
چراغ‌های جلوی تطبیقی می‌توانند بسته به شرایط مختلف میزان، نوع و جهت نور خود را تغییر دهند
این سیستم چراغ جلوی هوشمند به طور مداوم شرایط مختلف رانندگی را ارزیابی کرده و به آن‌ها واکنش نشان می‌دهد. یک دوربین، واقع در جلوی خودرو، تصاویر روبه‌روی خودرو را ثبت می‌کند. پس از آن، یک پردازنده‌ی رایانه‌ای به پردازش این تصاویر می‌پردازد. این پردازنده از اطلاعات به دست آمده برای کنترل «مدولاتور فضایی نور» (spatial light modulator) و تقسیم یک پرتوی نور به میلیون‌ها پرتوی کوچک‌تر، که هر کدام می‌توانند بر اساس نیاز روشن یا خاموش شوند، استفاده می‌کند.
نسخه‌ی قبلی این سیستم، با پیش‌بینی حرکت و سرعت قطرات باران و دانه‌های برف و تاباندن پرتوهای نور به فضای بین این ذرات، میزان دید را در شرایط نامساعد آب‌وهوایی بهبود می‌داد. آن نمونه‌ی آزمایشی، که در سال ۲۰۱۲ پیاده‌سازی شده بود، دارای یک دوربین دیجیتال بود که هر ۸ میلی‌ثانیه یک بار حرکات تک‌تک قطرات باران یا دانه‌های برف را ثبت می‌کرد. پس از آن، یک الگوریتم رایانه‌ای پیش‌بینی می‌کرد که آن ذرات در چند میلی‌ثانیه‌ی بعد کجا خواهند بود. در آخرین مرحله، آن پرتوهای نوری که با مکان‌های پیش‌بینی‌شده‌ی این ذرات برخورد می‌کردند خاموش می‌شدند.
به ادعای این پژوهشگران، که سرپرستی‌شان را دانشیار دانشگاه کارنگی ملون، آقای «سرینی‌واسا ناراسیمهان» (Srinivasa Narasimhan)، بر عهده داشت، سیستم آن‌ها باعث شده بود که قابل مشاهده بودن باران، تا شعاع چهار متری چراغ، با سرعت ۳۰ کیلومتر بر ساعت، تا ۷۰ درصد کاهش پیدا کند. این نمونه‌ی اولیه قابل مشاهده بودن دانه‌های برف را هم، که آهسته‌تر می‌بارند و بزرگ‌تر از قطرات باران هستند، به میزان ۶۰ درصد کاهش داد.
چراغ‌های جلوی تطبیقی، نور را برای جلوگیری از اذیت شدن چشم راننده‌ی مقابل تنظیم می‌کنند
یک نسخه‌ی دیگر از این سیستم هم وجود دارد، که حدودا اندازه‌ی یک صندوقچه و تقریبا نصف اندازه‌ی نمونه‌ی اولیه است. این نمونه دارای زمان پاسخ‌دهی ۱.۵ میلی‌ثانیه است، که باعث می‌شود برای استفاده در بزرگراه‌ها مناسب باشد. این سیستم با استفاده از پایه‌های مکشی روی کاپوت خودرو نصب می‌شود. با این حال، به گفته‌ی «رابرت تمبورو» (Robert Tamburo)، یک دانشمند پروژه‌ی موسسه‌ی رباتیک که از روزهای آغازین کمک شایانی به ساخت این سیستم کرده بود، جدیدترین نمونه‌ی ساخته‌شده از این سیستم آن‌قدر کوچک هست که بتواند جایگزین چراغ جلوی یک کامیون شود.
این چراغ جلوی قابل برنامه‌ریزی مساله‌ی تابش خیره‌کننده‌ی نور به صورت راننده‌ی مقابل را هم حل می‌کند. این سیستم خودروهایی که در حال نزدیک شدن هستند را شناسایی کرده و پرتوهای نوری که به سمت راننده‌های دیگر می‌تابد را خاموش می‌کند. با این قابلیت، چراغ جلو می‌تواند همیشه روی حالت «نور بالا» (high beam) باقی بماند. تمبورو و هم‌کاران‌اش در حال کار بر روی روشی هستند که چراغ جلو بتواند با استفاده از داده‌های GPS مسیر پیش‌رو را روشن کند. کلید حل این مساله در افزایش شدت نور چراغ به طوری است که مسیر پیش‌رو روشن‌تر از باندهای کناری باشد. دوربین این سیستم هم قادر به تشخیص و ردیابی موانعی مانند حیوانات وحشی است. این دوربین می‌تواند موانعی با سرعت ۸۰ کیلومتر بر ساعت و تا فاصله‌ی ۵ متری جلوی چراغ را تشخیص دهد.
سال‌ها طول خواهد کشید تا چنین چراغ‌های تطبیق‌پذیری به طور گسترده در بیش‌تر وسایل نقلیه به کار گرفته شوند. اما به گفته‌ی «شری نایار» (Shree Nayar)، مدیر «آزمایشگاه دید رایانه‌ای» (Computer Vision Lab) در «دانشگاه کلمبیا» (Columbia University)، این مساله کاملا وابسته به سرمایه‌گذاری تولیدکننده‌های خودرو برای تولید و به کار بستن این فناوری است. به گفته‌ی نایار، فقط این باور باید به وجود بیاید که زمان استفاده از چراغ‌های جلوی قابل برنامه‌ریزی رسیده است، چون در زمینه‌ی فناوری، هیچ مانع مشکل‌سازی بر سر راه این سیستم وجود ندارد.
منبع: ScientificAmerican
