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Monitor mit LiDAR scan in Auto, Menschen überqueren im Hintergrund die Straße.

Nächste Ausfahrt – Zukunft

Fahren ohne Fahrer ist ein Zukunftstraum, der bereits greifbar nahe ist. Denn Glaslösungen rund um die Schlüsseltechnologie LiDAR-Sensoren eröffnen den Entwicklern neue Möglichkeiten bei der Weiterentwicklung des autonomen Fahrens. Eine Probefahrt Richtung Zukunft.

Fahren ohne Fahrer ist ein Zukunftstraum, der bereits greifbar nahe ist. Denn Glaslösungen rund um die Schlüsseltechnologie LiDAR-Sensoren eröffnen den Entwicklern neue Möglichkeiten bei der Weiterentwicklung des autonomen Fahrens. Eine Probefahrt Richtung Zukunft.

Im Silicon Valley ist vieles möglich. Theoretisch sogar alles. Wieder einmal beginnt die technologische Zukunft im sonnigen Kalifornien. Zumindest würden dies viele gerne so sehen. Dass es das Self-Driving Car der Google-Schwester Waymo ins Computer History Museum in Mountain View geschafft hat, überrascht zumindest vom Zeitpunkt her. Es ist ein Zeitzeuge für eine neue Art der Mobilität, von der man aber noch nicht so genau weiß, wann sie wirklich alltagstauglich wird. Die von vielen liebevoll „Firefly“ genannte Innovation sorgte im Jahr 2014 für Furore. Der Besucher staunt noch heute, setzt sich ins Fahrzeug, legt die Beine hoch und schüttelt den Kopf. Auf jeden Fall ein attraktives Exponat für die mit 90.000 Objekten, Filmen und Daten weltweit größte Sammlung an digitalen Erinnerungen der Menschheit. Das selbstfahrende Auto ohne Pedale und Lenkrad steht auch ohne Serienreife symbolisch für den Aufbruch und die wahrscheinlich größte Veränderung der Mobilität seit der Erfindung des Automobils vor fast 130 Jahren. Dass sie schon längst begonnen hat, ist allen klar. „98 Prozent des Fahrens besteht aus der Fortbewegung zwischen zwei Linien auf der Straße. Es sind die anderen zwei Prozent, die zählen“, wird Burkhard Bilger, renommierter Wissenschafts- und Technik-Journalist des US-Magazins „The New Yorker“, zitiert. Nur zwei Prozent. Aber zwei Prozent, die sich zu einer hohen Hürde türmen.

360° LiDAR sensor von Velodyne.
Mit LiDAR-Sensoren kann eine hochaufl ösende 3D-Karte der Umgebung erstellt werden.
Bildschirm mit LiDAR scan.
Mit Hilfe künstlicher Intelligenz werden riesige Datenmengen – von IR-Radaren, LiDAR-Sensoren sowie Kameras – ausgewertet.

Der Werkstoff Glas hat eine Schlüsselrolle

Ortswechsel. Raus aus dem Museum, rauf auf die Teststrecke. Wie das Google-Fahrzeug aus dem Museum nutzt auch der schwarze Lexus RX450h unter anderem LiDAR-Sensoren. Die Abkürzung LiDAR steht für „light detection and ranging“ und bündelt im Augenblick unterschiedliche Sensortypen, an denen bei der Weiterentwicklung selbstfahrender Fahrzeuge kein Weg vorbeiführen wird. Experten sind sich einig, dass es nicht nur eine Technologie sein wird. Als sich das Auto der Kurve nähert, zuckt unwillkürlich der rechte Fuß des Fahrers. Bremsen? Macht das Auto. Lenken? Regelt der Computer. Das Fahrzeug biegt von allein nach links ab, beschleunigt wieder auf knapp 35 Stundenkilometer und setzt die Fahrt über das Campus-Gelände des Karlsruher Instituts für Technologie wie von Geisterhand fort. Marco Reiling sitzt auf dem Fahrersitz. Allerdings ohne Hand am Steuer, nur zur Sicherheit. Der Verkaufsleiter von AutonomouStuff hat schon unzählige Kilometer autonom absolviert. Das Unternehmen aus den USA hat weltweit mit rund 100 Mitarbeitern und stattet Fahrzeuge mit Sensoren und Technologie für die unterschiedlichsten Anforderungen aus. Die gebauten Plattform-Fahrzeuge werden dann von Automobilherstellern, Start-ups, Universitäten oder Unternehmen unterschiedlichster Art für Forschung und Entwicklung genutzt. Reiling weiß, dass an vielen Stellen noch Innovationen nötig sind, um das autonome Fahren entscheidend voranzubringen. Glas und Glaslösungen können dabei eine Schlüsselrolle spielen. Denn sie helfen, Performance und Qualität der Sensoren zu verbessern. Wenn zum Beispiel das Schutzfenster eines Lasersensors mehr Licht durchlässt, können auch mehr reflektierte Photonen wieder detektiert werden, wodurch die Signalstärke ansteigt. Die Systeme werden nicht nur zuverlässiger, sondern auch sicherer.

Für SCHOTT eröffnet sich ein großer Wachstumsmarkt. Denn kein anderes Unternehmen hat ein potenziell so großes Portfolio an Glaslösungen für die unterschiedlichen LiDAR-Sensorsysteme. Dieses reicht von Schutzfenstern, über Komponenten des optischen Pfads bis hin zu hermetischen Gehäusen für Laser, Photodetektoren und MEMS-Spiegel. Vier LiDAR-Sensortechnologien liefern sich im Moment ein Kopf-an-Kopf-Rennen: darunter Sensoren, die sich mechanisch um 360° drehen, andere, die mit mechanisch drehenden Spiegeln oder mit MEMS-Spiegeln ein horizontales Sichtfeld generieren, sowie solche, die mit der sogenannten Flash-Technologie arbeiten. Jede Lösung bietet Vor- und Nachteile in Bezug auf Leistung, Zuverlässigkeit und Preis. Mehr als 100 Unternehmen weltweit treiben aktuell die Entwicklung mit unterschiedlichen Ansätzen und Zielsetzungen voran. „Die meisten Automobilhersteller setzen auf LiDAR“, weiß Boris Eichhorn, Projektleiter der LiDAR Wachstumsplattform, auf der SCHOTT sämtliche Aktivitäten rund um das autonome Fahren konzentriert.

Mann in autonom fahrendem Auto, die Hände weg vom selbstlenkenden Steuer.
Der Fahrer nimmt die Hände vom Lenkrad – und kommt sicher ans Ziel.
Fahrendes Auto mit LiDAR Sensoren.
Das mit LiDAR-Sensoren ausgestattete Testfahrzeug ist ein rollendes Labor.

Automobilhersteller setzen auf LiDAR

Dieter Gabriel steht am Straßenrand und beobachtet das rollende Labor. Der Marketing Manager von Velodyne Lidar ist zufrieden. Dank der LiDAR-Sensoren des Marktführers findet der Lexus seinen Weg zuverlässig. Auf dem Dach des Fahrzeugs ist ein ULTRA Puck™ VLP32. Die Zahl 32 steht für die Anzahl an Laserkanälen. Die 32 Laserdioden senden Lichtimpulse aus. Sobald diese auf Objekte treffen, gibt es eine Reflexion, wodurch die reflektierten Photonen auf den Detektor im Sensor zurückkehren. Anhand der vergangenen Zeit kann die Entfernung berechnet werden. Zudem unterscheidet sich das reflektierte Signal je nach Objektoberfläche. Die Signale können zudem codiert werden, so dass später ausgeschlossen ist, dass Signale eines anderen Fahrzeugs falsch interpretiert werden. In Kombination mit ein bis zwei Kameras hinter der Windschutzscheibe sowie GPS-Empfänger, Internet-Modem und bei Bedarf Radar und Infrarotkameras können zwei Computer im Kofferraum ein zwar optisch verfremdetes, aber bis auf das kleinste Detail exaktes Abbild der Fahrumgebung errechnen.

Neben den technischen Komponenten spielen bei künftigen Entwicklungen auch die Platzierung und Zahl der Sensoren eine Rolle. Es gibt Überlegungen, Sensoren in Form von kleinen Erhebungen an der Fahrzeugseite anzubringen. So könnten Durchfahrtshöhen besser bewertet werden. Vor allem aus optischen Gründen ist geplant, LiDAR-Sensoren hinter der Frontscheibe statt zentral auf dem Dach zu platzieren. Oder im Außenspiegel, an den Scheinwerfer-Positionen und im Kühlergrill. „Den Sensor ins Fahrzeug zu bringen, ist das eine. Ihn so zu platzieren und einzusetzen, dass er immer sauber bleibt und ein ordentliches Sichtfeld hat, das andere. Hier kommt künftig sicher vermehrt Glas ins Spiel“, sagt Gabriel. Denkbar sind robuste Glaslösungen, die nicht verschmutzen. Sensoren können nur hinter Windschutzscheiben oder in Schutzglasgehäusen verbaut werden, wenn der Laserstrahl dadurch nicht beeinträchtigt wird. „Glas ist bei vielen Herausforderungen der ideale Werkstoff. Allerdings benötigen wir kein Standardglas, sondern Spezialglas“, sagt Gabriel.

SCHOTT Auto Animation
Glaslösungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung von LiDAR-Komponenten zum autonomen Fahren.
LiDAR-Technologie im Kofferraum eines Autos.
Selbstfahrende Autos sind vollgepackt mit Computersystemen.

Fahren ohne Fahrer

Häufig wird das Thema autonomes Fahren ausschließlich auf den privaten Pkw-Bereich reduziert. Dabei sind in vielen Industrien heute schon fahrerlose Transportsysteme erfolgreich im Einsatz. Der LiDAR-Markt beschränkt sich also keineswegs nur auf den Straßenverkehr mit dem Privat-Pkw. Im Minen-Tagebau sind autonome Lkw unterwegs. Es gibt Trucks, die auf programmierten Strecken Waren von A nach B fahren. Schon bald können sich Lkw, die auf der gleichen Strecke unterwegs sind, zu einer Einheit verbinden. Der Fahrer des ersten Lkw gibt Tempo und Richtung vor, alle anderen folgen ihm im Windschatten im definierten Sicherheitsabstand automatisiert, lenken und bremsen automatisch im Takt des Führungsfahrzeugs. Die erhoffte Spritersparnis: zehn Prozent. Weitere Anwendungen beispielsweise auf Flughäfen, für Windturbinen oder in der Landwirtschaft könnten ebenfalls bald Realität werden. Glas und Glas-Lösungen können in vielen Bereichen des autonomen Fahrens zu einem Innovationstreiber werden. Das dürfte sich längst auch bis ins Silicon Valley herumgesprochen haben. Und für das erste autonom fahrende Serienauto in der Stadt dürfte sicher im Museum auch noch ein Platz frei sein.

04. Dezember 2019

Kontakt

Boris Eichhorn
Research & Development
SCHOTT AG

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