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TECNOLOGÍA. El LíDAR, la tecnología que descubre ciudades antiguas, guía vehículos autónomos y explora la Luna

 

El sistema LiDAR de Los Leones. Observatorio Pierre Auger / Flickr

Las ruinas de grandes civilizaciones como los mayas y los aztecas han intrigado al mundo durante mucho tiempo, pero  los descubrimientos recientes , mejorados con el rápido avance de la tecnología LiDAR, están abriendo nuevas puertas al pasado antiguo, según un informe inicial de National Geographic . Esta asombrosa tecnología también está causando sensación en múltiples industrias, incluidos el iPad y el iPhone de Apple, y los vehículos autónomos.


LiDAR descubre ruinas de ciudades antiguas a través de la cubierta vegetal del bosque. Fuente: cf-apps7865 / YouTube

LiDAR crea mapas de alta resolución

El LiDAR, un acrónimo de "detección de luz y alcance", mide distancias (alcance) iluminando un objetivo con luz láser pulsada y luego mide el tiempo que tarda la luz reflejada en alcanzar un sensor. Las cámaras LiDAR toman fotografías de distancias en lugar de colores. Dependiendo del sensor utilizado, las unidades LiDAR pueden disparar cientos de miles de pulsos de luz por segundo. Las mediciones, o retornos, luego se procesan en una visualización 3D conocida como "nube de puntos". 

El LiDAR puede usar luz visible o infrarroja, aunque las longitudes de onda del láser LiDAR más comunes se encuentran en el espectro infrarrojo de alrededor de 750 nm a 1500 nmLa luz láser se refleja mediante retrodispersión y, además de utilizarse para controlar vehículos autónomos, LiDAR también se utiliza para crear mapas de alta resolución que se utilizan para topografía, geografía, arqueología, geología, sismología y silvicultura.

LiDAR aerotransportado para mapear

El primer sistema similar a LiDAR fue producido por Hughes Aircraft Company en 1961, poco después de la invención del láser. La primera aplicación de LiDAR fue en 1963, cuando el ejército de EE.UU. presentó su CoLiDAR Mark II, que era un telémetro láser similar a un rifle utilizado para apuntar.

En la década de 1970, el Centro Nacional de Investigación Atmosférica de EE.UU. estaba usando LiDAR para medir las nubes y la contaminación, y durante 1971, la misión Apolo 15 usó un altímetro láser para mapear la superficie de la luna.

Los LiDAR de cartografía topográfica aerotransportada utilizan láseres YAG bombeados por diodos de 1064 nm, mientras que los láseres utilizados para cartografiar profundidades submarinas, o láseres batimétricos, son láseres YAG bombeados por diodos de frecuencia doble de 532 nmEsto se debe a que 532 nm penetra más fácilmente en el agua.

El LiDAR aerotransportado crea un modelo de terreno digital en 3D, que muestra superficies del suelo, como ríos, carreteras y edificios, que de otro modo quedarían ocultas por la vegetación. El LiDAR montado en un avión puede mapear el terreno con una resolución de 30 cm.

Dispositivo de medición LiDAR. Fuente: David Monniaux / Wikimedia Archive


Viendo bajo la jungla
En diciembre de 2020, científicos de la Universidad de Exeter anunciaron los resultados de las exploraciones LiDAR del estado de Acre, en el sur de Brasil. Los escaneos revelaron 35 pueblos que datan de entre 1300 y 1700 EC que estaban ocultos bajo el dosel del bosque del Amazonas. Cada aldea contenía hasta 32 montículos donde alguna vez se alzaron las casas y que estaban dispuestas en un círculo alrededor de una plaza central. Aún más asombroso, cada pueblo estaba conectado con los demás a través de una red de carreteras.

También en diciembre de 2020, un equipo diferente de arqueólogos de la Universidad de Exeter utilizó LiDAR aerotransportado para descubrir 66 yacimientos militares romanos que datan del siglo I a.C. ubicados en las provincias españolas de León, Palencia, Burgos y Cantabria.


Escaneo digital LíDAR desde una avioneta. Fuente: Arbek / Wikimedia


LiDAR descubriendo asentamientos antiguos

Los emplazamientos militares variaban en tamaño desde unos pocos cientos de metros cuadrados hasta más de  15 hectáreas y la gran cantidad de lugares muestra el tamaño de la fuerza romana que se necesitaba para conquistar territorios.

En 2018, el LiDAR permitió a los arqueólogos descubrir más de 60.000 estructuras artificiales ubicadas en la Reserva de la Biosfera Maya de Guatemala , lo que demuestra que hasta 10 millones de personas pueden haber vivido allí.

En 2012, se utilizó LiDAR para buscar en la selva hondureña La Ciudad Blanca, o la "Ciudad del Dios Mono". Durante un período de mapeo de siete días, el proyecto encontró  evidencia  de estructuras hechas por el hombre. También en 2012, LiDAR reveló que el asentamiento purépecha de Angamuco en Michoacán, México tenía tantos edificios como los que hay actualmente en Manhattan.

LiDAR utilizado para vehículos autónomos y escenas del crimen

Los vehículos autónomos utilizan LiDAR para detectar y evitar obstáculos. En 2005, un automóvil autónomo creado por el Stanford Racing Team de la Universidad de Stanford (y acertadamente llamado Stanley), junto con el Laboratorio de Investigación Electrónica de Volkswagen (ERL), ganó el Gran Desafío de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) de 2005.

Stanley en el 2005 DARPA Challenge. Fuente: DARPA / Wikimedia

El primer Gran Desafío DARPA se llevó a cabo el 13 de marzo de 2004, con vehículos autónomos que intentaron conducir desde Barstow, California hasta Primm, Nevada. Ningún vehículo completó la ruta, pero en 2005, cinco vehículos completaron con éxito el recorrido de 132 millas ( 212 km ). Stanley terminó en primer lugar y ganó el Stanford Racing Team un  premio de 2 millones.

Además de las pistolas rápidas LiDAR, que las fuerzas del orden utilizan para medir la velocidad de los vehículos, los investigadores de la escena del crimen también se cuentan como usuarios incondicionales de LiDAR. Los profesionales toman escaneos LiDAR de las escenas del crimen para documentar la ubicación de las víctimas, junto con armas y evidencia de salpicaduras de sangre.

Futuro brillante para las aplicaciones LiDAR

En marzo de 2020, Apple anunció su objetivo de incluir un escáner LiDAR en su iPad Pro. El nuevo escáner puede medir distancias a objetos en un radio de hasta 5,5 yardas ( 5 metros ). En diciembre de 2020, Apple lanzó la serie iPhone 12, todas las cuales incluyen un sensor LiDAR capaz de "combinar" el espacio y los objetos dentro. Esto amplía enormemente el espectro de posibles aplicaciones de realidad aumentada (AR), posiblemente ya una industria en sí misma.


Escáner LiDAR en el iPad Pro. Fuente:  KKPCW / Wikimedia


La NASA ha identificado al LiDAR como una tecnología clave para permitir aterrizajes autónomos de precisión, tanto para vehículos robóticos como para vehículos de aterrizaje lunar tripulados. Ya sea en la luna, en la carretera o en nuestros hogares, LiDAR seguramente jugará un  papel crucial en el futuro de la ciencia visual, más allá de la óptica.

Un sistema LiDAR montado en un dron, Fuente: MC Clapurhands / Wikimedia


¿Qué hay en un sensor LiDAR?

Hay tres componentes principales en cualquier sistema de sensor LiDAR : el transmisor, el receptor y el detector. 

  • El sensor LiDAR  es obviamente la parte más importante del sistema en su conjunto. Esta parte es lo que impulsa los láseres y recibe datos para determinar el alcance y la forma de un objetivo o entorno.
  • También hay un sistema de posicionamiento global, o GPS,  que correlaciona los datos LiDAR con ubicaciones físicas, lo que permite que la nube de puntos sea muy precisa.
  • La unidad de medida inercial, o IMU , ayuda a completar los datos al correlacionar el movimiento lineal y angular del sensor. Esto asegura que los datos no se distorsionen cuando un automóvil o un avión se mueven con el sensor tomando medidas.

Todos estos tres sistemas diferentes de recolección y detección de datos trabajan juntos para crear una salida de nube de puntos de alta precisión mediante los sistemas LiDAR. 


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