FotonMag

Vývoj autonomních vozidel je v plném proudu v Asii, Americe a dokonce i v Evropě. Nejnovějším přírůstkem jsou aktuálně autonomní vozidla od čínské startupové společnosti Zelos, jež uzavřela exkluzivní partnerství s předním výrobcem laserových senzorů LiDAR – Hesai technology.

Nová autonomní vozidla nazvaná jednoduše „2024 Z5“ jsou vybavena čtyřmi jednotkami LiDAR Hesai AT128. Každá z těchto jednotek používá 128 laserových kanálů s dlouhým dosahem, jež dokáže scanovat prostředí s velmi vysokým rozlišením 1,53 milionů bodů za sekundu. Vozidla díky tomu mohou mít dobrý přehled o okolí a překážkách. Hesai technology započala masovou výrobu LiDAR jednotek již v roce 2022. Jen za první čtvrtletí letošního roku dodala do světa přes 300 000 kusů.

Vozidla Z5 mají autonomii 4. úrovně, což znamená, že dokážou činit vlastní informovaná rozhodnutí na základě změn v prostředí. Ve většině situací nepotřebují žádnou lidskou interakci, což je hlavní rozdíl oproti autonomii 3. úrovně. Jejich jediným omezením je legislativa dané země a infrastruktura. Nová vozidla Z5 tak mohou samostatně působit v různých dovážkových scénářích – městská expresní dovážka, maloobchod, logistická centra atp.

Zdroj: ledinside.com

Představte si, že jedete autem po dálnici a na vašem čelním skle se v reálném čase promítá navigace, rychlost, vzdálenost od ostatních aut, informace o dopravním provozu a k tomu třeba ještě aktuální počasí. Ačkoli to byl ještě donedávna spíše sci-fi koncept, v současnosti už si hned několik technologických firem pohrává s myšlenkou, že by automobilová skla doplnila tzv. rozšířená realita (AR).

Americká startupová společnost Distance Technologies představila na kalifornském veletrhu Augmented World Expo prototyp právě takového zařízení AR. Na první pohled vypadá jednoduše, jedná se o větší LCD panel, který se odráží na čelní skle s reflexivní vrstvou. To je princip, s který už nyní testují i automobilky jako Volvo a Mercedes-Benz. Nicméně ty pracují pouze s malou plochou projekcí ve spodní části skla.

Prototyp od Distance Tech zřejmě pokročil o něco dál a promítá prostorový obraz. Využívá k tomu technologii, kterou již známe ze speciálních 3D monitorů, jež se obejdou bez speciálních brýlí. Staví na tzv. paralaxové bariéře, kdy pro pro každé oko zobrazuje mírně odlišné obrazy. To ještě doplňují trackovací kamery namířené na směr řidičova pohledu, aby mohly promítaný dvojitý obraz náležitě upravovat.

Ačkoli příchod takovéto technologie pochopitelně vyvolává obavy o silniční bezpečnost (informační přehlcenost a rozptýlení řidiče), momentálně jsou AR displeje do aut považovány za sektor se spíše slibnou budoucností. Někteří vývojáři dokonce argumentují, že přenesení navigace a jiných informací z různých malých displejů přímo na čelní sklo by naopak mohlo být krokem k lepší bezpečnosti.

Zdroj: ledinside.com

Jednou z hlavních nevýhod stávajících LCD displejů je jejich nižší jas a špatná viditelnost za slunečného dne. V tomto ohledu jsou lepší modernější OLED a MicroLED displeje. Nicméně američtí a tchajwanští vědci ze dvou spřátelených univerzit navrhli nové technické řešení, díky kterému by LCD displeje mohly z hlediska jasu zastínit ostatní technologie.

Pozastavme se na chvíli u toho, co je motivací pro vylepšování dékady staré technologie navzdory výskytu zajímavějších novinek. Tandemové OLED displeje mohou skutečně nabídnout velmi vysoký jas a perfektní zobrazení barev, na druhou cenu však mají nižší životnost a problém s tzv. vypalováním obrazu. MicroLED displeje tyto problémy sice překonávají, avšak na druhou stran jsou vysoce náročné na výrobu a tedy i velmi nákladné.

Nové řešení LCD displejů spočívá v tom, že se jako podsvícení použily MiniLED (velikost zhruba 100~200 µm, rozměrově tedy mezi MicroLED a běžnými LED). Ty navíc podsvěcují displej na základě dynamického tónového mapování (dynamic tone mapping), díky kterému lze například zvlášť zvýraznit detaily v oblastech s nízkou úrovní šedi, jako je třeba sníh pokrývající hory.

Podle výzkumníků z University of Central Florida a National Cheng-Kung University by díky tomu mohly tyto nové LCD displeje svým jasem a čitelností překonat konkurenční technologie – avšak s tím, že se zachová jejich nižší cena, dobrá odolnost a dlouhá životnost. Prototyp je však zatím ještě ve fázi testování a optimalizace, aby se předešlo problémům s posunem barev a ořezovým efektem (clipping effect).

Zdroj: ledinside.com

Čím dál častěji se dnes zavádějí digitální systémy, které potřebují vnímat prostor ve všech třech dimenzích – například v oblasti autonomních vozidel, rozpoznávání obličejů nebo ovládání za pomocí gest. V tomto článku se podíváme na základní metody strojového vnímání hloubky a jak zásadní roli v tom hrají diody.

Obecně existují dva základní přístupy, jak stroje dokáží vnímat hloubku: triangulace a tzv. ToF – Time of Flight (volně přeložitelné jako výpočet délky „letu“ paprsku světla“).

Triangulace je založená na v principu jednoduché geometrii a v podstatě sem spadá i lidské vidění, kdy náš mozek porovnává dva mírně odlišné úhly vidění pro „vypočtení“ trojrozměrného obrazu. Binokulární vidění je nicméně nedokonalé při horších světelných podmínkách a vyžaduje výrazně texturované povrchy, proto se v technice obtížně zavádí.

Místo toho se používá poněkud odlišná triangulační metoda vnímání hloubky, kdy jeden světelný projektor promítne na daný objekt strukturovaný pattern (např. mřížky, linky nebo tečky), který pak z mírně odlišného úhlu nasnímá sensor, jenž vypočte vzniklé zkreslení. Výhodou metody je velmi vysoké rozlišení výsledného 3D obrazu, dobře však funguje jen na krátké vzdálenosti, tedy například pro účely rozpoznávání obličeje nebo gest.

Druhá metoda ToF používá zcela jiný princip. Zdroj světla, většinou laserová dioda, vyšle krátký puls světla, který se odrazí od snímaného objektu zpět do senzoru. Počítač pak na základě časové prodlevy vypočte vzdálenost daného bodu, přičemž takovéto systémy zvládají zaznamenávat řádově až miliony bodů za sekundu. Zde je hlavní předností rychlé naskenování okolí i do větších vzdáleností. Na tomto principu staví primárně senzory LiDAR.

V obou metodách je pochopitelně kladen vysoký požadavek na kvalitní světlo. Triangulační metody vyžadují především koherentní a stabilní zdroj světla, protože jakékoli odchylky by vedly k nepřesným výpočtům hloubky. U ToF je zase nezbytná preciznost ve vysílání pulzů světla, protože vzhledem k rychlosti světla zde záleží na každé mikrosekundě.

Ačkoli se k těmto účelům dříve používaly běžné světelné diody (LED), zejména kvůli lepší dostupnosti a nižší ceně. Dnes už se v obou metodách výhradně používají laserové diody (LD), které se mezitím staly značně dostupnějšími. Laserové diody poskytují vyšší jas, rychlejší modulaci a lepší energetickou efektivitu, což umožňuje jejich použití i v zařízeních napájených baterií.

Zdroj: ledinside.com

Při výběru displeje – ať už do domácnosti, společnosti nebo veřejného prostoru – hraje významnou roli jejich spotřeba energie. U displejů se pro účely srovnávání používá jednotka Watt na metr čtvereční (W/m²). Podívejme se, jak si v tomto parametru vedou dvě v současnosti nejpoužívanější displejové technologie.

U čím dál populárnějších LED displejů je každý jeden pixel (respektive subpixel) tvořen samostatnou světelnou diodou, jež vyzařuje světlo. Díky tomu mohou mít displeje vysoký jas, takže je lze dobře využít i ve venkovních aplikacích, například v reklamě nebo na stadionech.

Spotřeba konkrétního displeje se bude výrazně lišit dle rozlišení, zvolené úrovně jasu, zobrazovaném obsahu (více pohybu a světlých bodů = více spotřeby) a rozteče pixelů (čím jsou rozestupy mezi jednotlivými LED čipy kratší, tím více se jich vleze na danou plochu, a tedy roste i spotřeba energie). Obecně se spotřeba LED displejů pohybuje někde mezi hodnotami 100 až 1000 W/m². Typická venkovní reklama mívá kolem 300-400 W/m², zatímco vnitřní displeje s vysokým rozlišením mohou mít kolem 200-300 W/m².

LCD displeje vedle toho využívají technologii tekutých krystalů, které samy nevyzařují světlo, pouze jej modulují. Proto musí mít podsvícení – kdysi se používala speciální zářivková trubice CCFL, dneska už se používají bílé LED čipy.

Zde se spotřeba energie odvíjí primárně od toho, jak je proveden podsvícení a vrstva tekutých krystalů, nicméně i zde má značný vliv nastavení jasu a typ zobrazovaného obsah. Přesto je spotřeba těchto displejů obecně nižší. Větší displeje spotřebovávají 100-150 W/m², zatímco obyčejné domácí monitory mohou mít spotřebu i jen 20-30 W/m².

Na první pohled tedy mají značně nižší spotřebu LCD displeje, avšak je třeba se na to dívat z širší perspektivy. LED displeje totiž mají v mnoha ohledech mnohem lepší zobrazovací parametry, díky kterým je lze využívat i tam, kde LCD displeje selhávají.

LED displeje tedy sice mívají vyšší spotřebu (s ohledem na vyšší zobrazovací nároky), zato však jsou energicky efektivnější, jelikož dokáží lépe „hospodařit“ se světlem. Zaprvé vyzařují barevné světlo přímo ze samotných pixelů a nedochází tak k jeho ztrátám přes vrstvu tekutých krystalů a tranzistorů. A zadruhé při zobrazování černých ploch se mohou jednotlivé pixely jednoduše vypnout, kdežto u LCD displejů musí podsvícení svítit stále stejnou intenzitou po celou dobu. Pokud by se teoreticky měly LCD displeje svými zobrazovacími vlastnostmi vyrovnat LED displejům, pak by na tom zřejmě se spotřebou byly už o něco hůř.

Zdroje: ledinside.com, britannica.com, researchgate.net

Kalifornská startupová společnost Q-Pixel vyvinula malý displej určený pro virtuální realitu (VR) o velikosti zhruba 11 x 6 mm a rozlišením 3K x 1,5K, který dosahuje 6800 PPI (pixelů na palec). To je až dvojnásobek oproti nejlepším stávajícím displejům, například nový špičkový Apple Vision Pro má zhruba 3380 PPI.

Na rozdíl od většiny pokročilejších VR displejů, které zpravidla využívají organické světelné diody (OLED), se tentokrát jedná technologii micro-LED, která navzdory usilovnému vývoji stále ještě nedosahuje komerčního úspěchu. Hlavní překážkou takovýchto displejů je momentálně náročnost montáže, kontroly a případně i opravy obrovského množství RGB microLED subpixelů, což je komplikovaný, pracný a drahý proces. Použití jednotlivých světelných diod jakožto subpixelů navíc zabírá dost místa, což představuje další překážku při tvorbě displejů s vysokým rozlišením.

Jedno z možných řešení těchto problémů s výrobou i rozlišením je nahradit trojici RGB subpixelů jediným pixelem. Právě tímto směrem se vydali vývojáři v Q-pixelu. Bližší technické podrobnosti zatím nejsou známy, avšak dle vyjádření technologické ředitelky společnosti Dr. Michelle Chen byly použity tzv. TP-LED pixely (tunable polychromatic LED). Jeden takový pixel má být schopen vyzařovat jakoukoli barvu napříč světelným spektrem, a to bez použití subpixelů, kvantových teček (tj. technologie používaná u pokročilejších LCD displejů), barevných filtrů, polarizátorů či mechanického vrstvení. Změny barvy se dosahuje změnou voltáže.

Ačkoli se možná jedná o trochu unáhlený názor, Q-Pixel je nyní spatřován za průkopníka v oblasti microLED displejů, který zásadně přispěje k jejich rozšíření. Více o jejich technologii a prototypu displeje se lze dočíst v aktuálním čísle magazínu Compound Semiconductors.

Zdroje: ledinside.com, compoundsemiconductor.net

Jednou z oblastí výzkumu, do které NASA investovala nemalé částky, je osvětlení. Na jedné straně kvůli kvalitě života astronautů, kteří na ISS tráví 6 i více měsíců v kuse, na druhé straně i kvůli pěstování rostlin v kosmických podmínkách, které bude do budoucna potřebné pro hlubší průzkum vesmíru. A byly to právě poznatky získané z těchto výzkumů, které se velkou měrou podílely i na vývoji osvětlení do našich pozemských domácností a skleníků.

V letech 1997 až 2017 NASA financovala National Space Biomedical Research Institute (NSBRI), který založili dva profesoři z Harvardovy a Jeffersonovy univerzity. Institut obecně zkoumal to, jak dlouhodobý pobyt ve vesmíru působí na člověka. Jednou z oblastí zájmu byly i zdroje osvětlení a jejich vliv na mozkovou aktivitu. Mimo jiné zde zjistili, že působení modré složky světla v nevhodný čas dokáže rozhodit biologický rytmus lidí, což vede k nedostatku odpočinku a únavě. Když se pak například v roce 2011 řešilo, čím na ISS nahradit stávající fluorescenční zářivky, výsledky výzkumu vedly k inovativnímu využití vhodných LED technologií, jež v průběhu dne zohledňují tzv. cirkadiánní rytmus astronautů.

Někteří z vědců, kteří původně pracovali na vytvoření LED modulů pro vesmírnou stanici, následně odešli do společnosti Lighting Science, kde získané poznatky využili komerčně. Tato společnost pak v roce 2018 dala vzniknout dalším firmám, které se věnovaly vývoji a výrobě cirkadiánního LED osvětlení pro kanceláře a domácnosti, např. Healthe. Dnes si může takovou cirkadiánní žárovku s proměnlivým jasem a barevnou teplotou snadno pořídit každý z nás.

Obdobný scénář nastal i v oblasti vnitřního pěstování rostlin, kde profesní zkušenosti z NASA nalezly uplatnění například ve společnosti VividGro, jež se zaměřuje právě na industriální pěstování.

Zdroj: ledinside.com

NASA už několik let používá LED osvětlení pro pokusy s pěstováním rostlin ve vesmíru, a to ve speciálním modulu na Mezinárodní vesmírné stanici. Nyní se chce o něco podobného pokusit na Měsíci.

Lidé naposledy stanuli na povrchu Měsíce v roce 1972, ale nejspíš už jste mohli zaslechnout, že let lidí na Měsíc je opět ve hře v rámci mise Artemis III. Podle momentálních informací k tomu dojde nejdříve v roce 2026. Až se tak ale stane, pak bude jedním z úkolů astronautů složit na Měsíci hortikulturní jednotku zvanou LEAF (Lunar Effects on Abricultural Flora), a to spolu s dalšími jednotkami pro měření seismické aktivity a dielektrických charakteristik.

LEAF bude zkoumat fotosyntézu, růst a systémové stresové reakce rostlin v podmínkách kosmického záření a nižší gravitace. Získaná data pak napomohou v porozumění možnostem pěstování plodin mimo Zemi. Kromě samotného růstu se projekt bude zajímat také o pohlcování CO₂, poskytování kyslíku rostlinami a čištění vody v podmínkách na Měsíci.

V plánu je pěstovat tři rostliny: brukev řepák (listová zelenina s olejnatými semeny), huseníček rolní (významná modelová rostlina pro vědecké experimenty, potenciálně i jedlá) a drobničku (vodní rostlina konzumovaná v některých asijských zemích).

Zdroje: ledsmagazine.com, nasa.gov

Japonská společnost DOWA ELECTRONICS MATERIALS CO., LTD. vyvinula vysoce výkonnou sérii LED čipů vyzařující krátkovlnné infračervené záření (short-wavelenght-infrared, zkráceně SWIR). V oblasti vrcholu vlnové délky v rozmezí 1200 až 1900 nanometrů se údajně jedná o nejefektivnější produkt.

Série zahrnuje LED čipy s různými vrcholy vlnové délky a ve třech velikostech – 250 µm, 350 µm a 1 mm. Jeden milimetrový čip s vlnovou délkou 1350 nm například dokáže dosáhnout výstupního výkonu 170mW, což má být až dvakrát více než u dosavadních výrobků na trhu. Takovéto velké zvýšení může zlepšit přesnost analýzy a testování v rozličných aplikacích a snížit spotřebu energie.

Mezi hlavní využití tohoto druhu LED patří především agrikulturní/potravinová analýza (např. kontrola kvality ovoce) a medicínské využití. Obzvláště v oné druhé oblasti se do budoucna očekává významný rozvoj technologií, senzory na této vlnové délce dokážou pod kůží zaznamenat vodu, alkohol, glukózu, kyselinu mléčnou atp. Mohou tak mimo jiné nalézt vyžití v nositelných zařízeních, jako jsou chytré hodinky nebo chytré prsteny, kde je velikost a výkon zásadním parametrem.

Zdroj: led-professional.com

Rakouská společnost ams OSRAM přišla na trh s novým LED čipem SFH 7018, který kombinuje červenou, infračervenou a zelenou diodu v jednom těle. Jedná se o zdroje specifických frekvencí pro měření tělesných funkcí v chytrých hodinkách a náramcích, zkrátka v tom, čemu se v angličtině jednotně říká „wearables“. Jedná se o medicínskou technologii, která je známá pod názvem fotopletysmografie (PPG).

Jak lze vidět na ilustracích, tři zdroje záření jsou rozděleny do dvou oddělených komor aby se odlišné vlnové délky navzájem neovlivňovaly. Samostatná zelená LED slouží pro měření tepové frekvence, zatímco červená LED a infračervená LED zjišťují nasycení krve kyslíkem.

Co do technických parametrů má mít nový čip až o 40 % vyšší intenzitu červeného a IR záření oproti předchozí generaci čipů, zeleného záření o 80 %. Čip se vyrábí ve dvou variantách, přičemž ta druhá se liší ještě výkonnější zelenou LED. A to při zachování poměrně kompaktních rozměrů 2,4 x 2,4 x 0,6 mm. Zřejmě se tak jedná o momentálně nejlepší produkt tohoto druhu na světě.

Avšak co všechna ta pěkná čísla vlastně reálně znamenají pro praxi? Systémový architekt ams OSRAM Dr. Sergey Kudaev k tomu řekl: „Výrobci nositelných zařízení budou moci s novým čipem SFH 7018 dramaticky zlepšit kvalitu optických signálů, na kterých je založeno měření frekvence tepu a kyslíku v krvi, činíce je přesnějšími a spolehlivějšími za věch provozních podmínek. SFH 7018 může pomoci přeměnit měření vitálních funkcí v přesné a absolutní stanovení srdeční frekvence, hladiny kyslíku v krvi, i ještě pokročilejších parametrů, jako je krevní tlak.“

Zdroje: ams-osram.com, ledinside.com