המכ"ם החכם

המכונית האוטונומית כבר מזמן לא נחשבת למדע בדיוני. לא רחוק היום בו ניכנס לרכב, נגיד לו לאן ברצוננו להגיע ונוכל להתפנות לענייננו, בזמן שהוא יוביל אותנו בבטחה ליעד. אבל מה יקרה כשהכביש יהיה עמוס במכוניות חכמות, המשדרות וקולטות אותות בטווח תדרים גבוה? איך נבטיח שהן לא יפריעו זו לפעילותה של זו? חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו סוג חדש של מכ"ם, שמסוגל להבחין באופן יעיל ומדויק יותר בעצמים נסתרים, ובטווח תדר שידור נמוך בהרבה מזה שקיים במערכות אחרות.

רזולוציה גבוהה ברוחב פס נמוך

המכ"ם החדשני שפיתחו פרופ' פבל גינזבורג מבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, והדוקטורנט שלו ויטלי קוזלוב, מביא אתו בשורה לטכנולוגיית הבטיחות ברכבי העתיד. הוא מסוגל להבחין בין עצמים ברזולוציה גבוהה ביותר גם כשהוא פועל בטווח תדרים נמוך, ומבלי להפריע למכ"מים אחרים בסביבה.

"מכוניות חכמות ו/או אוטונומיות מכילות מספר רב של אמצעי חישה מסוגים שונים, שמחליפים את חושיו של הנהג האנושי ולעתים אף עולים עליהם, ובזכותם יכול הרכב להתמצא במרחב", מסביר פרופ' גינזבורג. "בין היתר, משולבים ברכב החכם מכ"מים, המזהים עצמים שנמצאים לפני הרכב גם בתנאי ערפל, גשם, חשיכה או שמש מסנוורת. הם מודדים את המרחק אל העצם ושולחים התראה לבלמים במקרה הצורך. יכולתו של המכ"ם להבחין בין עצמים שונים הקרובים זה לזה נקראת רזולוציה, ומכ"ם בעל רזולוציה גבוהה יכול לעשות זאת גם כשמדובר בעצמים המוסתרים לכאורה על ידי עצמים אחרים, לדוגמה, ילד שעומד להתפרץ לכביש מאחורי רכב חונה".

"כל טכנולוגיות המכ"ם בעלות הרזולוציות הגבוהות הקיימות היום, מסתמכות  על רוחב פס גבוה, כלומר שהמכ"ם חייב לשדר ולקלוט אותות בטווח תדרים גדול." מוסיף ויטלי קוזלוב. "עובדה זו מציבה קשיים בפני הרכב האוטונומי, מפני שכבר היום קיימת צפיפות בתדרי השידור באוויר. לכן השימוש ברוחב פס גבוה הוא יקר, וגם עלול להפריע לפעילותם של מכשירים אחרים בסביבה, גם למכ"מים המותקנים במכוניות אחרות. למעשה, ללא פתרון לבעיה, יתקשו רכבים אוטונומיים רבים לנוע זה לצד זה בכבישים.

"אנחנו ניגשנו לנושא מכיוון חדש לחלוטין: יישום של עקרונות מתחום האופטיקה על מכ"מים, מתוך הבנה שהן האור בו עוסקת האופטיקה והן אותות המכ"ם הם גלים אלקטרומגנטיים, הנבדלים זה מזה בעיקר באורך הגל: באופטיקה מדובר באורכי גל ננומטריים, ואילו מכ"מים משתמשים באורכי גל הנמדדים במילימטרים או בסנטימטרים."

בדרך לבטיחות ברכב עוברים בעולם האופטיקה

החוקרים הסתמכו על עיקרון הקוהרנטיות השאול מהאופטיקה, המשמש בין היתר במכשירי הדמיה מסוג OCT (Optical Coherent Tomography). מכשירים אלו מאפשרים הדמיה תלת-ממדית ברזולוציה גבוהה של רקמות ביולוגיות דינמיות.

"הבנו שיש דמיון במורכבות ובדינמיות בין רקמות ביולוגיות לבין תנועת כלי רכב בכביש, ולכן חשבנו שגם הפתרון ליצירת תמונה באיכות גבוהה עשוי להיות דומה", אומר פרופ' גינזבורג. על סמך תפיסה זו בנו החוקרים מכשיר מכ"ם, פיתחו עבורו מודל תיאורטי ובחנו במעבדה את השערתם.

לצורך הניסוי הם הציבו שני לוחות מתכת במרחק כ-32 ס"מ זה מזה, ואף זה מאחורי זה, ובדקו מה נדרש למכ"ם כדי להבחין ביניהם. "מכ"ם רגיל זקוק לרוחב פס של כ-500 מגה-הרץ כדי להבחין בין שתי מטרות כאלה," אומר ויטלי קוזלוב. "המכ"ם שלנו 'הסתפק' לשם כך ברוחב פס קטן מ-30 מגה הרץ. לפי התיאוריה שלנו, שהוכחה כתואמת לניסוי, רוחב הפס יכול להיות קטן כרצוננו, והרזולוציה תישאר גבוהה. זאת מכיוון שכושר ההפרדה (הרזולוציה) במכ"ם שלנו כלל אינו קשור לרוחב הפס, אלא מסתמך על עקרון פיזיקלי שונה לחלוטין". מאמר על הפיתוח החדש פורסם לאחרונה בכתב העת Nature Communications.

שתהיה לכם נסיעה בטוחה

"בשונה מכל טכנולוגיות המכ"ם הקיימות, השיטה שלנו מאפשרת למכ"ם להבחין בין עצמים ברזולוציה גבוהה, מבלי להזדקק לרוחב פס גבוה ויקר," מסכם פרופ' גינזבורג. "מדובר בפתרון פורץ דרך לבעיה מהותית בטכנולוגיה העתידית של רכבים אוטונומיים. מכ"ם שיפותח על בסיס השיטה שלנו יהיה נוח וזול יחסית להפעלה, ויאפשר לרכבים אוטונומיים רבים לנוע זה לצד זה בבטחה, ומבלי להפריע למכ"מים אחרים הפועלים בסביבה."