Лидар
LiDAR
Это понятие впервые встречается на программе «Разработка и инженерия для старшеклассников» — примерно 15-17 лет (9-11 класс).
Лазерная «рулетка-вертушка» робота: крутится, ощупывает всё вокруг невидимым лучом и узнаёт расстояние до каждого предмета.
Трость, которой быстро обстукивают всё вокруг: каждое касание говорит, где препятствие, а из тысяч касаний складывается карта комнаты.
Найти на роботе-пылесосе (дома или на фото) крутящуюся башенку лидара и показать по следам уборки, что пылесос объезжает мебель, не касаясь её.
Датчик расстояний на лазерном луче: посылает импульсы, ловит отражение и вычисляет дистанцию, а вращающаяся головка снимает за секунду тысячи точек по кругу. По этим точкам робот строит карту помещения и находит на ней себя. Отличие от ультразвукового дальномера: луч узкий, измерений в тысячи раз больше, дальность выше.
Составить таблицу-сравнение ультразвукового дальномера и лидара: что излучает, ширина луча, число измерений в секунду, как каждый видит мягкую ткань и стекло.
Сканирующий лазерный дальномер. Принципы: время полёта (ToF) — свет проходит ~30 см за наносекунду, нужна электроника наносекундной точности; триангуляция (дешёвые лидары роботов-пылесосов) — положение пятна на матрице приёмника. Выход — облако точек; алгоритмы SLAM по нему строят карту и одновременно определяют положение робота. Краевые случаи: чёрные матовые и зеркальные поверхности, стекло, солнечная засветка. Хобби-лидары: обзор 360°, тысячи точек в секунду, дальность порядка десятка метров.
Посчитать время возврата импульса от стены в 3 м: у лидара 2 × 3 / (3·10⁸) = 20 нс, у ультразвука 2 × 3 / 340 ≈ 18 мс; объяснить, почему лидару нужна электроника в миллион раз быстрее.
Частое заблуждение
«Лидар — это камера, он видит картинку». Нет: лидар меряет лазером расстояния — вместо фотографии получается множество точек с дистанциями, из которых строится карта.